La mezcla turbulenta por convección gravitatoria : modelización experimental y aplicación a situaciones atmosféricas

Abstract

Los sistemas fluidos son capaces de desarrollar un fenómeno propio de carácter impredecible conocido como turbulencia porque están gobernados por ecuaciones de movimiento no lineales. La mayor parte de los flujos de fluidos geofísicos, tales como la atmósfera o el océano, son turbulentos. La turbulencia es una propiedad de los flujos y se define en función de una serie de características distintivas entre las que destaca la difusividad, que provoca una mezcla rápida y es capaz de aumentar los ritmos de transferencia de momento, calor y masa. Desde esta perspectiva se constata la importancia de cualquier estudio teórico, experimental o numérico que sobre la mezcla turbulenta, y en particular la atmosférica, se realice. Y dentro de este enfoque se sitúa el presente trabajo, de carácter eminentemente experimental, y cuyos principales objetivos son: consecución en laboratorio de una mezcla turbulenta generada bajo condiciones de estratificación inestable, el análisis global y de la evolución temporal de esta mezcla y, finalmente, la comparación de los resultados obtenidos con los del análisis de las medidas de campo correspondientes a situaciones atmosféricas semejantes hidrodinámicamente. A nivel experimental, destaca el estudio de los fenómenos fluidos resultantes de una distribución inestable de densidad englobados bajo el nombre de convección por flotabilidad. Por otra parte, nuestro interés se centra en la baja atmósfera, en régimen predominantemente turbulento y cuya turbulencia es la principal responsable de los procesos de transferencia de diversas magnitudes físicas, tales como la humedad, la masa o la concentración de contaminantes. La estratificación es otra característica de la baja atmósfera y juega un papel fundamental en la evolución de los fenómenos atmosféricos al gobernar la difusión de las magnitudes físicas. La cuestión más importante relacionada con la estratificación es averiguar cómo es el comportamiento de la turbulencia bajo los diferentes tipos de estratificaciones y sus implicaciones sobre la mezcla.