¿Por qué el flujo de turbulencia es uno de los problemas más famosos de la física?

El modelado de la turbulencia a partir de los primeros principios es muy difícil. Ya tenemos modelos teóricos de turbulencia basados ​​en varios supuestos iniciales simplificadores. Ya podemos hacer algunos cálculos sobre los efectos de la turbulencia. Después de todo, podemos predecir el arrastre y la elevación de varios tipos de cuerpos que se mueven a través de fluidos. También tenemos modelos basados ​​en mediciones empíricas. Pero si entendemos en un nivel más fundamental los procesos que crean turbulencia y la disipan, entonces podremos aprovechar esa comprensión para manejar mejor los efectos. Es posible que podamos diseñar vehículos para ser más eficientes. Obviamente, no puedo describir la nueva forma de un ala que resultaría si simplemente entendiera mejor la turbulencia. Sobre todo lo que puedo decir es que la forma de un ala podría ser diferente. Quién sabe, podríamos darnos cuenta de que las alas son realmente horribles y se nos ocurriría el “… levantador”. Por otro lado, la forma grosera del ala podría no cambiar mucho. Tal vez podríamos ajustar la forma de los turbuladores en las alas.

Comprender las turbulencias es efectivamente parte del problema del milenio para comprender mejor las ecuaciones de Navier-Stokes. Ver Clay Mathematics Institute.

Un punto es que es fractal: todas las escalas cuentan y las escalas se influyen entre sí.
Otro es que es muy caótico, pero aún puede mostrar organización.
Hay muchas facetas para mirar, como la estructura en el espacio, el tiempo, las frecuencias, la vorticidad, la energía, etc.
Incluso los modelos matemáticos simples puros contienen extrañeza.

La transescala no es solo un desafío computacional, sino también un desafío sobre lo que pierde cuando discretiza el problema continuo para simularlo en una computadora (o cómo lo modela para no perderlo), sino también cómo la noción de ” paquete fluido “y sus atributos se transforman cuando vas a escalas muy pequeñas.
De hecho, incluso cuando solo se considera el modelo matemático simple, el “ir al límite al infinito o infinitamente pequeño” viene con sorpresas, como el modelo sin viscosidad y el modelo viscoso con una viscosidad que se inclina a cero y no da el mismo resultado.

En términos más generales, la física real es una física múltiple: hay que volver a describir los fenómenos a la escala adecuada para obtener predicciones útiles. Por ejemplo, la dinámica de las moléculas simplemente ofuscaría la comprensión de las ondas de agua (además del costo de simulación y su confiabilidad). Es decir, una física describe principalmente los fenómenos emergentes de algunas físicas de grano fino. Pero con un fenómeno a gran escala, no se puede separar tan fácilmente. Luego puede intentar estudiar las propiedades espectrales (es decir, a través de la longitud de onda), al precio de regularizar en exceso la configuración que estudia. Si bien la intermitencia, no se habla demasiado de estadísticas anisotrópicas, son cosas que también se quieren estudiar.

De Wikipedia:

“En tres dimensiones espaciales y tiempo, dado un campo de velocidad inicial, existe una velocidad vectorial y un campo de presión escalar, que son suaves y definidos globalmente, que resuelven las ecuaciones de Navier-Stokes”.

No soy un experto en esto. Me gustaría entender el problema.

Si lo entiendo correctamente, el problema es que un gas o líquido dado que tiene una cierta viscosidad (integridad estructural) que la velocidad actúa sobre la sustancia en la mecánica newtoniana del vector y las ecuaciones diferenciales de presión.

La solución para mí es que la velocidad también genera un pequeño aumento de densidad localizado.

Pero, ¿qué sé sino conjeturas y aire caliente? No puedo hacer los cálculos.

Que te diviertas.

Debido a su aleatoriedad e imprevisibilidad. Simplemente no podemos entender todas las formas posibles en que el fluido se comportará con un ligero cambio en las condiciones.