Lorsque des essaims de bulles sont entraînés vers le haut à travers un fluide par leur flottabilité, ils peuvent générer des schémas d'écoulement complexes dans leur sillage. Nommé 'pseudo-turbulence, ' ces modèles sont caractérisés par une relation mathématique universelle entre l'énergie des flux de différentes tailles, et la fréquence de leur apparition. Cette relation a maintenant été largement observée à travers des simulations 3D, mais il est moins clair si cela serait toujours valable pour des essaims de bulles en 2D. Grâce à des recherches publiées dans EPJ E , Rashmi Ramadugu et ses collègues du Centre TIFR pour les sciences interdisciplinaires à Hyderabad, Inde, montrer que dans les fluides simulés 2-D, ce modèle change dans les écoulements à plus grande échelle dans les fluides moins visqueux.

Les découvertes de l'équipe portent sur un oubli clé dans les simulations de dynamique des fluides, et pourrait permettre aux chercheurs dans des domaines allant de l'océanographie à l'acoustique d'améliorer leurs prévisions. Autrefois, de nombreuses études sur la pseudo-turbulence ont montré que les propriétés statistiques des essaims de bulles 3D restent universelles sur une large gamme de tensions de surface de bulles, viscosités fluides, et les rapports de densité entre les bulles et les fluides. Dans les fluides 2D, cependant, un effet appelé « cascade d'énergie inverse » permet de transférer l'énergie des flux de petite à grande échelle. Dans leur étude, L'équipe de Ramadugu visait à étudier pour la première fois les implications de ce mécanisme.

Les chercheurs ont obtenu leurs résultats grâce à une approche de simulation qui tient pleinement compte des écoulements turbulents à toutes les échelles de l'espace et du temps, en supprimant la nécessité pour eux de se rapprocher de tout comportement imprévisible. Ils ont constaté que, bien que la relation habituelle de pseudo-turbulence se maintienne à plus grande échelle dans des fluides plus visqueux ; et à plus petite échelle dans des fluides moins visqueux, des comportements différents peuvent être trouvés dans des écoulements à plus grande échelle dans des fluides plus visqueux. Ici, Ramadugu et ses collègues ont découvert qu'une cascade d'énergie inverse se produit dans le sillage de l'essaim de bulles; ainsi qu'une relation mathématique différente entre l'énergie d'écoulement et la fréquence que tout ce qui a été observé précédemment.