Universidad
Politécnica de Madrid

20.07.15

“Lo óptimo sería obtener modelos reducidos que permitan predecir o controlar flujos utilizando menos parámetros de los usados actualmente, pero cualquier avance en la comprensión de la física del flujo sería un resultado positivo”. Con estas palabras, que ahora parecen premonitorias, definía Javier Jiménez Sendín, profesor de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), el objetivo de la primera edición de Multiflow Summer School, en 2013. Ahora, en 2015 y finalizada la segunda edición de esta especial escuela de verano para investigadores en turbulencia, él mismo sostiene que la diferencia más destacable respecto de la convocatoria anterior ha sido “la aparición de más modelos simplificados del flujo, en contraposición a una sencilla observación del fenómeno”. Esto ejemplifica claramente que el avance en la comprensión de la turbulencia es lento, convirtiéndose en un reto para la comunidad científica a nivel mundial que requiere de mucho tiempo y recursos.

La turbulencia es un fenómeno físico caracterizado por su comportamiento caótico, que se presenta en flujos a altos números de Reynolds. Esto implica que no puede resolverse mediante fórmulas matemáticas sencillas y hay que recurrir a la simulación numérica, con grandes ordenadores involucrados en la resolución de los cálculos. Los esfuerzos en investigación actualmente se focalizan en realizar simulaciones numéricas con las escalas grandes y usar modelos que representen fielmente las escalas pequeñas, de forma que se reduzca el número de cálculos y se puedan integrar en simulaciones de interés real con resultados satisfactorios.

Este campo tiene numerosas aplicaciones, pues la mayoría de los fenómenos fluidodinámicos son turbulentos, desde el desagüe de un lavabo hasta los movimientos de mares y océanos, pasando por el interior de un motor, la corriente sanguínea o un avión en pleno vuelo. Por ello, no es de extrañar que los participantes en la segunda edición de Multiflow Summer School (MSS’15) sean expertos de otras disciplinas más allá de la ingeniería aeroespacial, como la física o la matemática.

La UPM ha acogido durante un mes a más de cuarenta investigadores, que mandaron su propuesta de proyecto (y una vez admitido este por los organizadores), acuden a los laboratorios de computación de la ETSI Aeronáutica y del Espacio para validarlo o refutarlo usando el banco de datos del equipo del profesor Jiménez Sendín. Reino Unido, Suecia, EEUU, Italia, Georgia, Japón, Alemania, Australia, Holanda, Turquía, Grecia y Canadá son los países de origen de los participantes en la escuela de verano.

“Esta iniciativa está concebida como un punto de encuentro, diseñado para que los participantes hablen entre sí y aparezcan ideas nuevas, por lo que los interesados acuden aunque solo sea unos días y el contacto continúa después”, explica el catedrático de la UPM, considerado una autoridad mundial en esta área.

Algunos de ellos repiten experiencia, pues ya asistieron a la primera edición, como Marios Nikolaidis, de la Universidad de Atenas, que considera que “esta escuela de verano es una buena oportunidad para nosotros, para trabajar juntos en un único lugar. Además, consigo ideas sobre en qué aspectos de la turbulencia centrarme y las herramientas para ello”.

Pero otros se incorporan a este mes de intercambio de ideas. Entre los nuevos, un grupo procedente de Georgia, que “traían una idea simplificada y querían ver si funcionaba con nuestros datos”. El profesor George Mamatsashvili, de la Universidad Estatal de Tiflis, reconoce que compartir ideas con los colegas de profesión en su propio campo de investigación es lo que le ha movido a participar “y, sin duda, ha sido una experiencia enriquecedora”.

Desde Australia, concretamente de la Universidad de Melbourne, acudió Michael MacDonald, estudiante postdoctoral, que supo de este encuentro de investigadores a través de Ricardo García Mayoral, egresado de la UPM y actualmente profesor en la Universidad de Cambridge. Para MacDonald “ha sido una estancia fantástica”, porque junto con sus tutores (Daniel Chung y Nicholas Hutchins) pudo desarrollar su proyecto que está muy relacionado con lo que hacen los investigadores de la UPM. Se convierte así también la escuela de verano en un lugar donde mantener relaciones profesionales que abran nuevos caminos para los estudiantes a la hora de buscar oportunidades en forma de becas postdoctorales.

Experimentalistas, numéricos y teóricos

Otro de los aspectos en los que se ha avanzado es en la integración de los experimentos con simulaciones numéricas. Hasta ahora, tres comunidades de investigadores —los experimentalistas, los numéricos o simuladores y los teóricos (en estas dos últimas categorías se encuadrarían los investigadores de la UPM)— eran los tres lados del triángulo a la hora de atacar la turbulencia. En MSS’15 dichas comunidades han dejado de ser independientes y varios de los grupos de trabajo han sido mixtos. La unión ha permitido que el planteamiento tradicional se invierta: en vez de usar experimentos para comprobar la exactitud de las simulaciones, los resultados de las simulaciones se han utilizado para planear experimentos, o también, los resultados de ambos se han usado como complementarios para iluminar distintos aspectos del flujo.

El proyecto 'Multiflow' toca a su fin

Multiscale Dynamics of Turbulent Flows (Multiflow), bajo el que se han desarrollado las Multiflow Summer Schools, es un proyecto de investigación básica del 7º Programa Marco de la Unión Europea con una duración de cinco años. Está financiado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC, en inglés) mediante una Advanced Grant —una subvención para que líderes científicos séniores continúen su investigación— que fue otorgada al profesor Jiménez Sendín en la edición de 2011 y que, además de la dotación económica, supone un reconocimiento por parte de la comunidad científica.

Por tanto, su finalización está prevista para enero de 2016 y sus resultados han sido satisfactorios. “Hemos sido capaces de obtener datos concretos de cómo funciona la cascada turbulenta, podemos decir que se ha documentado bien”, afirma el profesor Jiménez Sendín. Otras cifras que avalan que el objetivo se ha cumplido son las 5 tesis doctorales vinculadas a Multiflow y la treintena de papers que se han publicado.

Coturb, la investigación continúa

Pero desentrañar la turbulencia seguirá siendo una meta científica. Por ello, el Consejo Europeo de Investigación vuelve a financiar un proyecto del catedrático de la UPM en la convocatoria de Advanced Grants de 2014, cuyos resultados se han dado a conocer recientemente. Uno de los 13 proyectos españoles que ha conseguido la citada ayuda es: COTURB, Coherent Structures in Wall-bounded Turbulence. Además, es una de las pocas veces que se financia al mismo equipo de investigadores por dos períodos consecutivos.