Turbulence Info-Dynamics

Abstract

The complex, non-deterministic, and stochastic nature of turbulence is a puzzle that has long intrigued researchers. Its paramount importance in engineering cannot be overstated, as it holds significant implications for assessing performance in turbulent flows, for example, eventual losses in vertical/short take-off and landing aircraft. This research, which integrates principles of information theory, is a crucial step in our ongoing efforts to understand and harness the power of turbulence in engineering. The main goal of this dissertation is to test a novel lexicon in infodynamics, evaluating whether it offers or not a fresh perspective in the analysis of physical phenomena. Each new term introduced to the stochastic analysis of fluid flows offers a unique and innovative addition. Informature: a variable that quantifies the amount of information needed to learn about the inherent indeterminacy within a system's state. It offers deep insights into the system's diversity. Infotropy: a contextualized informature that measures the degree of transformation of a particular context associated with the physical system. Infosensor: an instrument or measurement technique able to capture enough information to measure informature through statistical analysis principles applied to the acquired data. Among the findings in this dissertation emerged a new perspective on turbulence intensity that overcomes its limitation at low-velocity values, transforming it into a turbulence intensity infotropy. Despite the many useful phenomena of turbulence in engineering that are yet to be thoroughly studied, one concludes that this informational approach opens promising avenues for a comprehensive understanding of its impact. More importantly, it unveils a myriad of potential applications that could revolutionize engineering design.

A complexa, não-determinística e estocástica natureza da turbulência é um enigma que há muito intriga os investigadores. A sua importância capital na engenharia não pode ser subestimada, pois tem implicações significativas na avaliação do desempenho em escoamentos turbulentos, como, por exemplo, eventuais perdas em aeronaves de descolagem e aterragem vertical/curta. Esta investigação, que integra princípios da teoria da informação, é um passo crucial nos esforços contínuos para entender e aproveitar o valor da turbulência na engenharia. O principal objetivo desta dissertação consiste em testar um léxico inovador na infodinâmica, avaliando se oferece ou não uma perspetiva renovada na análise de fenómenos físicos. Cada novo termo introduzido na análise estocástica de escaomentos proporciona uma adição única e inovadora. Informatura: uma variável que quantifica a quantidade de informação necessária para aprender sobre a indeterminação inerente ao estado de um sistema, oferecendo uma compreensão profunda da diversidade do mesmo. Infotropia: uma informatura contextualizada que mede o grau de transformação de um determinado contexto associado a um sistema físico. Infosensor: um instrumento ou técnica de medida capaz de capturar informações suficientes para medir a informatura através de princípios de análise estatística aplicados aos dados adquiridos. Entre os resultados desta dissertação emergiu uma nova perspetiva sobre a intensidade da turbulência que pretende ultrapassar a sua limitação em valores de baixa velocidade, transformando-a numa infotropia da intensidade de turbulência. Apesar dos muitos fenómenos úteis da turbulência na engenharia que ainda precisam de ser estudados exaustivamente, conclui-se que esta abordagem informacional abre vias promissoras para uma compreensão abrangente do seu impacto. Mais importante ainda, revela uma miríade de potenciais aplicações que podem revolucionar o design em engenharia.