These books synthesize perspectives of renowned scientists from the world’s most prestigious institutions - from Fukushima Renewable Energy Institute in Japan to Stanford University in the United States, including Columbia University (US), University of Sidney (AU), University of Miami (USA), Cardiff University (UK), and many others.
\\n\\nThis collaboration embodied the true essence of Open Access by simplifying the approach to OA publishing for Academic editors and authors who contributed their research and allowed the new research to be made available free and open to anyone anywhere in the world.
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\n\nInitially, the partnership supported engineering research, but it soon grew to include physical and life sciences, attracting more researchers to the advantages of Open Access publishing.
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\n\n\r\n\tPlasma is the most widespread form of the fourth state of matter, comprising more than 99% of the universe. Plasma is used to disinfect clothing and sterilize surgical equipment due to its antibacterial properties. This book is proposed to provide an advanced understanding of plasma physics and its importance in science and engineering. The book aims to be useful for everyone interested in the current development of plasma theory. The book will contain invited chapters from the experts, who are working on plasma waves, terahertz waves, solitons, higher-order harmonic generation, and dusty plasmas. The microplasma technology can be applied to generate and detect THz sources. The laser-induced microplasma is used to produce terahertz radiation with a wide frequency spectrum. The electric propulsion system is also based on the discharge of plasma which is used to produce high exhaust velocity. This book will serve as a reference source for plasma physics researchers. The reader is expected to have had experience with basic electrodynamics, including Maxwell’s equations and the propagation of plane waves in space.
",isbn:"978-1-83768-024-5",printIsbn:"978-1-83768-023-8",pdfIsbn:"978-1-83768-025-2",doi:null,price:0,priceEur:0,priceUsd:0,slug:null,numberOfPages:0,isOpenForSubmission:!0,isSalesforceBook:!1,isNomenclature:!1,hash:"0261ac62d10563bf93735982748e3a2e",bookSignature:"Dr. Sukhmander Singh",publishedDate:null,coverURL:"https://cdn.intechopen.com/books/images_new/12013.jpg",keywords:"Plasma, Density, Temperature, Plasma Oscillations and Waves, Hydromagnetic Waves, Plasma Dielectric Tensor, Plasma Instabilities, Hydromagnetic Equilibrium, Nonlinear Effects in Plasma, Plasma Diffusions, Plasma Sheath, Applications of Plasma Physics",numberOfDownloads:null,numberOfWosCitations:0,numberOfCrossrefCitations:null,numberOfDimensionsCitations:null,numberOfTotalCitations:null,isAvailableForWebshopOrdering:!0,dateEndFirstStepPublish:"May 10th 2022",dateEndSecondStepPublish:"July 12th 2022",dateEndThirdStepPublish:"September 10th 2022",dateEndFourthStepPublish:"November 29th 2022",dateEndFifthStepPublish:"January 28th 2023",dateConfirmationOfParticipation:null,remainingDaysToSecondStep:"12 days",secondStepPassed:!1,areRegistrationsClosed:!1,currentStepOfPublishingProcess:2,editedByType:null,kuFlag:!1,biosketch:"Assistant professor in the Department of Physics at the Central University of Rajasthan, India, who has published numerous research papers and conference proceedings in journals of international repute and contributed many book chapters. 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He is an active reviewer for many international journals. His areas of interest include theory and simulation of plasma waves and instabilities.",institutionString:"Central University of Rajasthan",position:null,outsideEditionCount:0,totalCites:0,totalAuthoredChapters:"7",totalChapterViews:"0",totalEditedBooks:"1",institution:{name:"Central University of Rajasthan",institutionURL:null,country:{name:"India"}}}],coeditorOne:null,coeditorTwo:null,coeditorThree:null,coeditorFour:null,coeditorFive:null,topics:[{id:"20",title:"Physics",slug:"physics"}],chapters:null,productType:{id:"1",title:"Edited Volume",chapterContentType:"chapter",authoredCaption:"Edited by"},personalPublishingAssistant:{id:"444316",firstName:"Blanka",lastName:"Gugic",middleName:null,title:"Mrs.",imageUrl:"https://mts.intechopen.com/storage/users/444316/images/20016_n.jpg",email:"blanka@intechopen.com",biography:"As an Author Service Manager, my responsibilities include monitoring and facilitating all publishing activities for authors and editors. 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1. Introduction
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Engineering and Nature very often are concerned with media that do contain some randomness. One particularly well known example is given by turbulent flows, where random fluctuations are the results of the growth of unstable motions from small perturbations in the initial or boundary conditions, when the velocity gradients or/and temperature gradients are too large in some place within the flow. These fluctuating motions result in effective additional friction, effective additional diffusion of species or heat, and additional energy dissipation (i.e. transfer from organized kinetic energy to turbulent kinetic energy, and finally to internal energy). Another example of random flows is seen in two-phase flows, either with particles dispersed into a liquid or gaseous continuous phase, or built with a bubbly liquid. Here, a first reason of randomness is given by the fact that the locations and velocities of the particles (or bubbles) at initial time and in entrance sections cannot be known or controlled, and the induced fluctuations are not rapidly damped with time. Generally, this randomness becomes rapidly uncorrelated with these initial conditions due to the complex interactions between the flow of the continuous phase and the moving inclusions, interactions that modify also the number and sizes of these inclusions. Consequently, the flow conditions in both phases are or become turbulent, with interconnected fluctuations of velocities. Again, the effective result of the fluctuations is additional friction, additional diffusion or dispersion, and additional energy dissipation. Two-phase or multiphase flows with a large amount of solid particles are used in the industrial devices called as “Fluidized Beds”, and are encountered naturally in “Granular Flows”, and in this case there are many lasting contacts between the particles. The so called “Granular Media”, even without actual flow but just with some deformations or slow motions, are also subjected to randomness, due to the preparation of the medium but also to the differences between the grains shapes, and even the global properties of these media are very difficult to predict.
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The properties of these kinds of media and flows have been studied since more than hundred years, and very useful prediction methods have been proposed so far, with methodologies becoming more and more clearly similar. Although all these media are showing clearly irreversible and dissipative processes, the typical reasoning of irreversible thermodynamics has never been used, at least explicitly (it might be present, but not consciously, in the brain of the authors). Our purpose here is to show that the Irreversible Thermodynamics and the “Second Principle” can justify many features of the models that have been proposed until now for these three types of applications. It has to be emphasized that Irreversible Thermodynamics deals with the modelling of media in evolution, whatever can be this model. The usual model of classical continuous medium, where the randomness lies only at the infinitely small scale of moving molecules, is not the only one that can be addressed. The so called “Extended Irreversible Thermodynamics” (Jou et al., 2001) allows us indeed to build pertinent entropy functions adapted to each type of model, in particular depending of the basic variables of the model used, as we will see.
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The first part of this paper deals with classical turbulent flows. The general problem of building a model for these flows, i.e. an approximate mathematical representation that could give predictions close to experiments, has in practice given rise to several solutions, which are valid in different domains, i.e. for different kinds of experimental situations. More precisely, the domains of efficiency of the different models appear to be larger and larger for models using an increasing number of variables. The basic variables that allow the building of these models are “averaged variables” (now precisely defined as statistical mean values), in a finite number, and then they do clearly constitute a truncated representation of the medium, but it is expected that these variables are sufficient for the purpose of the approximated knowledge needed. Some of these variables do satisfy balance equations, which are obtained averaging the primitive balance equations of the mechanics of continuous media, but these equations do need “closure assumptions” before to be useful in constituting a “Turbulence Model”. Once the basic variables are chosen, the “Extended Irreversible Thermodynamics” allow us indeed to define an entropy function for this representation of the medium, for each of the models proposed. We will see that this entropy function is not the statistical mean value of the classical entropy for the fluid used in this turbulent flow, but has to be built taking into account the averaged form of the state equations of the fluid. Then, the Second Principle may lead to conditions concerning the ingredients of the turbulence model, conditions that are different for the different models. We will show that here simply considering two very popular models, and we will see that the usual practice does satisfy these conditions.
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The second part of the chapter considers the modelling of two-phase flows. This modelling can be attacked with a similar approach and similar tools as turbulent flows: a set of averaged variables are defined; balance equations are written from the primitive equations of a piecewise continuous medium and closure assumptions are needed, to be adapted to each kind of two-phase flows. Here the closure assumptions are needed for both additional dispersion fluxes and exchange terms between the phases. These two-phase flows are again associated with irreversible effects, and again the framework of extended irreversible thermodynamics helps the modelling. We will recover again assumptions that are used in practice and supported by experiments.
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The third part is devoted to granular media, with the same point of view. The approach generalizes the case of two-phase flows, because the granular medium is considered as a multiphase medium where each grain is considered as one phase, and the fluid in between as the last phase (Borghi § Bonelli, 2007). Again, the variables of the model are defined as statistically averaged grains phase and fluid phase variables, and their balance equations can be found from the primitive equations of mechanics, to be completed with closure assumptions. The approach can handle the situations where the medium is “quasi-static” as well as the ones where the medium is flowing with large velocities, giving rise to the limiting case of “Granular Gases”. In both cases, Extended Irreversible Thermodynamics can be used for building entropies and giving closure assumptions, without linear laws in this case particularly. The classical models of “Granular Gases” are recovered in the limit of large velocities, with the difference that the grain size is not the single length scale to be considered. For quasi-static situations, it is necessary to include in the model the six components of the averaged “Contact Cauchy Stress Tensor” of the grains phase. Intermediate situations can be handled as well.
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2. Irreversible thermodynamics for turbulent flows models
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Turbulent flows at present time are studied with models of two different types, namely Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) models, or Large Eddies Simulations (LES) models. We consider here for simplicity the framework of RANS models, although the extension to LES models may be not difficult. Then, the object of the study is not one given flowing medium, but an infinite number of such media, flowing submitted to initial and boundary conditions randomly perturbed. Indeed, what we call “one turbulent flow” is this ensemble of similar individual flows, because only statistical mean values calculated from this ensemble (or, at best, probability density functions) can be possibly predicted by some model.
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The “mean medium” that is the subject of modelling is then described by “mean velocities”, “mean densities”, “mean enthalpy per unit of mass”, etc.. For N realizations, one defines:
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\n\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\tlim\n\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\tN\n\t\t\t\t\t\t→\n\t\t\t\t\t\t∞\n\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\tN\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∑\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tn\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tN\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tn\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\n\t\t\tE1
\n\t\t\t
at each given location within the flow field, and similarly for pressure. But in the general case where the density of the fluid can vary noticeably, it has been found more interesting to consider for other variables the mean value weighted by density, and one defines:
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\n\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\tlim\n\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\tN\n\t\t\t\t\t\t→\n\t\t\t\t\t\t∞\n\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∑\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tn\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tN\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tn\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\tn\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∑\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tn\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tN\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tn\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\n\t\t\tE2
,
i.e. the mean velocity is nothing but the mean momentum divided by the mean density. Similarly for the internal energy per unit mass (or the enthalpy per unit mass), the mean values are weighted with density.
\n\t\t\t
Within a turbulent flow, these quantities are defined for each location and for each time, and vary with the location and eventually with time, but these variations are much smoother than the local and instantaneous quantities measured in one single realization of the flow, and by definition they are not sensitive to perturbations of initial and boundary conditions, that are inevitably present.
\n\t\t\t
Is it possible to characterize the turbulent medium by \n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t only, when a non turbulent flow of the same fluid is correctly characterized by\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t ? Of course, the random fluctuations do have some influence. However, in some situations, it may be possible to take into account this influence by some algebraic formulas in terms of the mean variables and their derivatives. Of course, these formulas are only approximations, with a limited domain of validity assessed by experiments.
\n\t\t\t
The first invented turbulence model, called “Prandtl mixing length model”, is of this type, and has been very useful in many practical cases. But a larger domain of validity can be covered taking into account additional fields variables pertinently chosen, described with their own partial differential evolution equations. There are different turbulence models of this improved type, the simplest one introduces only as additional field variable the kinetic energy of the random turbulent fluctuations, say\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t, the “length scale” characterizing the two-point correlation of the fluctuations, \n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tl\n\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t, being given with algebraic formulas. More detailed models use \n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t and\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t, the dissipation rate of\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t, described by partial differential evolution equations, or \n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t and\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\tω\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t, a characteristic frequency of turbulence, or the Reynolds stress tensor components themselves and\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t (Schiestel, 2006).
\n\t\t\t
\n\t\t\t\t
2.1. Basic equations
\n\t\t\t\t
The physical basic equations corresponding to balance of mass, momentum and total energy give birth in any case to balance equations for the mean variables\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. We write them with a tensor notation and the Einstein convention of repeated indices. We assume an orthogonal reference frame and then upper or lower indices are equivalent:
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE3
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tδ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tg\n\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE4
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tj\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\tQ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tg\n\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE5
\n\t\t\t\t
The total energy here comprises the internal energy, the kinetic energy of the mean motion, and the kinetic energy of turbulent fluctuations, so\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. We have defined\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, and so\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. The well known « Reynolds stress tensor » is \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t such that:\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. Similarly\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, but\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. The “turbulent kinetic energy” introduced above is nothing but:\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t.
\n\t\t\t\t
From (2) and (1), one obtains the equation for the kinetic energy of the mean motion:
\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t
Then, from (3) and (4) we have:
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tj\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tQ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\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\n\t\t\t\t
It is possible also to derive directly from the non-averaged momentum equation a balance equation for\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. That is done by scalar multiplying the instantaneous (non-averaged) momentum equation by the velocity in order to obtain an equation for the total kinetic energy, and then by subtracting the equation of the kinetic energy of the mean motion (4). One gets:
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE8
\n\t\t\t\t
From (5) and (6), finally the equation for the internal energy is written:
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tj\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\tQ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE9
\n\t\t\t\t
The last term \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t of (6) is called « volumetric rate of dissipation for turbulence », due to the viscosity (and \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t is the rate of dissipation by unit of mass). This term is a transfer of energy from \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t to\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, while the last term of (7) is the dissipation rate of kinetic energy of the mean motion, directly from \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tto\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. There is in (6) a term corresponding to a transfer from\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t : the term \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tis called the production term for\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. The terms \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t in (7) are also transfer terms from \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, respectively, but these terms are reversible, unlike the last terms due to the viscosity. If the medium is incompressible (i.e.\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t≅\n\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t), these pressure terms are vanishing. When the velocity of the flow is low, very often the two last terms can be neglected in (7) with respect to the heat flux term (Chassaing et al., 2002).
\n\t\t\t\t
Equations (1) to (3) are able to calculate the mean variables \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t if and only if the turbulent fluxes \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tand\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, additional to the classical viscous stress and heat conduction flux, can be provided by additional closure expressions, based on theoretical or empirical grounds. Instead of (3), we can use (7), and the transfer terms from \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t to \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t are also to be modelled. As we have previously said, this needs to take into account additional variables that represent in some sense the turbulent fluctuations, and, at least, \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tis one of these new variables. It is seen here that one balance equation for \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t can be found, which can be used provided again that the correlations involving the fluctuations that appear in this equation can be given also by expressions involving only\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tand eventually other ones…
\n\t\t\t\t
The simplest model, the “Prandtl mixing length model”, does not use a balance equation for \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t but expresses it directly form the mean velocity gradient. We will see how that is done, and in addition it is postulated that turbulence involves a single (mean) turbulence length scale, \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, which is simply related to the geometry of the turbulent flow. The second simplest turbulence model, the “Kolmogorov model”, uses the balance equation (6), the unknown terms in it being conveniently modelled with closure assumptions Then, the model provides expressions for the correlations involved in (1) to (6), in particular\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, as functions of\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tl\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tand their spatial derivatives. The very popular “k-epsilon” model, instead of giving directly\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tl\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, assume that the dissipation rate \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t itself can be calculated by an additional balance equation, postulates such an equation, and writes the correlations as functions of\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tand their spatial derivatives.
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We will now show that the approach of irreversible thermodynamics can be of great help, once the type of model is chosen, to solve the problem of modelling. We will see that it justifies the usual choices done by researchers since 30 years, and suggests possibilities for unsolved problems.
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\n\t\t\t
\n\t\t\t\t
2.2. Entropy for the Prandtl mixing length model
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In this framework we expect to model the turbulent flow only with the variables\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, given by their balance equations. It is assumed that the balance equation (6) for the kinetic energy of the fluctuating motion can be simplified in keeping only the production and destruction terms:
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE10
\n\t\t\t\t
In addition, the rate of dissipation, which can be calculated through \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tl\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t only, is necessarily written as\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tl\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, where \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t is a non dimensional constant. This model has been initially proposed for incompressible flow, and the pressure term, with the divergence of velocity fluctuation, is totally negligible in this case, as well as the two pressure terms in (7). Then the turbulence kinetic energy is an algebraic function of the gradient of the mean velocity, and does not need to be calculated with the differential equation (6):
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tl\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tl\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE11
\n\t\t\t\t
The three basic variables \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t being given, the entropy function has to be searched as \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tς\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\tς\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t only (the velocity being a non-objective variable has not to appear), with the Gibbs and Euler-Gibbs equations classically written as:
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\tς\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\tπ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t,
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\tς\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\tπ\n\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE12
\n\t\t\t\t
The two functions\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tπ\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tare the partial derivatives of \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t with respect to \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tς\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, or \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tπ\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t are the partial derivatives of \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tς\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t with respect to \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, and the relations \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t et \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tπ\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\tπ\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t are the laws of state, to be found. Of course, the formula \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t also can be deduced. In addition, these equations of state do satisfy necessarily the Maxwell relation:\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t.
\n\t\t\t\t
The fluid itself, independently of the turbulent flow, has proper equations of state, and if we assume that it is an “ideal gas”, \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tdo hold, with three constants:\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. Then, we can derive\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, just taking the average (weighted average for the first one, classic average for the second one). It appears that if we identify \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tπ\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, we find\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\tπ\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, and these relations are convenient equations of state because they satisfy the Maxwell relation : here\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tπ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. The thermodynamic description of the model is complete. From these equations of state we can derive the entropy function, similarly as in the classical case of an ideal gas:\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tπ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. We emphasize that this entropy is not the statistical mean value of the entropy of the fluid\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ts\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\ts\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. Indeed, this mean value cannot be expressed in terms of \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t only, because \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ts\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\ts\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t is non linear, and is not usable in our modelling framework.
\n\t\t\t\t
It has to be remarked that the previous development cannot be extended to the case of fluid satisfying a non linear Joule law\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. In this case, when the fluctuations are not infinitely small, it comes that\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\tf\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t...\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, and it is no more possible to limit the model to\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tς\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\tς\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. If the nonlinearity of \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t is important, we have to consider, at least, the additional variable\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t.
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Once we have defined the entropy and found the equations of state, we can use the classical approach of irreversible thermodynamics for deriving some laws for the additional fluxes appearing in the mean balance equations (2) and (7).
\n\t\t\t\t
The Gibbs-Euler equation, now written as\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\tς\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, allows us to obtain the balance equation for the (new) entropy, showing the term of entropy production, which has to be always positive, and zero at equilibrium. Using (1), (2), (7), (8), one gets (with the “Lagrangian” derivative of the mean motion such that\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tD\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tD\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t.\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t.\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t.\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t):
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tD\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tς\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tD\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tj\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tQ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tj\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\tQ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE13
\n\t\t\t\t
The production terms are the two last terms, and in the last one the contribution due to the diagonal of the tensors is vanishing because the fluid is incompressible. It results that a simple extension of the linear classical irreversible thermodynamics is possible here, giving laws for the turbulent additional fluxes of heat and momentum.
\n\t\t\t\t
Concerning the total friction term, a positive “total viscosity coefficient” \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tcan be defined and:
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tδ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE14
\n\t\t\t\t
Considering that the fluid is Newtonian, one has already: \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t(here \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\tc\n\t\t\t\t\t\t\t\ts\n\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t≅\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t), and it appears for the pure turbulent contribution an “eddy viscosity coefficient” \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tsuch as:
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tδ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE15
\n\t\t\t\t
This is the well known “Boussinesq relation” proposed for turbulent flows at the end of the 19th century.
\n\t\t\t\t
Similarly, for the total heat flux, the linear law of irreversible thermodynamics gives:
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tj\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\tQ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\tλ\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tλ\n\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\tλ\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tPr\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE16
\n\t\t\t\t
This introduces the classical « turbulent Prandtl number », constant, whose value (about 0.83) has been given by many experiments.
\n\t\t\t\t
The eddy viscosity coefficient has now to be found. Just by dimensions, it can be written as\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tl\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, with (9) it comes:\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tl\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tl\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, and we get finally the well known formula of “Prandtl mixing length” :
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tM\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tL\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tl\n\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE17
\n\t\t\t\t
In this model, the turbulence length scale\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tl\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, called “mixing length”, is given algebraically from the geometry of the flow. The constants \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tM\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tL\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t have been found actual constants when the turbulent fluctuations are well developed, and then\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t≫\n\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, but when it is not the case they vary in function of the “turbulence Reynolds number”\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tRe\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. Experiments have given such corrective functions.
\n\t\t\t\t
The conclusion is then here that the classical approach of linear irreversible thermodynamics does justify perfectly the old empirical approach of Boussinesq and Prandtl.
\n\t\t\t
\n\t\t\t
\n\t\t\t\t
2.3. Entropy for the K-epsilon model
\n\t\t\t\t
We consider now the very popular “k-epsilon” model, where a balance equation for\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, based on (6), and a balance equation for\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\tν\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, less firmly based on physics, are used. When turbulence is well established, \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t≅\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, but the additional term is not negligible close to walls, where viscosity remains playing. There are other models that use equations for\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tl\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, or\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, the inverse of a time scale of turbulence, instead of\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, and similar discussions could be done for these models.
\n\t\t\t\t
In this case, the independent variables \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t have to be taken into account in order to build an entropy function, and we have to search \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tς\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\tς\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t with:
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\tς\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\tπ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t,
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\tς\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\tπ\n\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE18
Here
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t,
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tπ\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\tπ\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t,
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t,
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tare the new equations of state to be found, satisfying the six corresponding Maxwell relations. We will have to discuss the finding of these equations of state in connexion with the discussion of the second principle. Concerning the
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t equation, we use here the general following form, with a diffusion term and production and destruction terms:
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tJ\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t4\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE19
\n\t\t\t\t
The C’s are constants (numbers, without dimension) or algebraic functions of the variables in some cases (the two first being always positive), depending of the exact version of the model used. Within the most classical k-ε model,\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t1.44\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t1.92\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t1.44\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t4\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t.
\n\t\t\t\t
Using now (1), (6), (7) and (14), we can derive as in § 2.2 the balance equation for the entropy as:
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t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE20
\n\t\t\t\t
We have written as \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t the deviators of the tensors \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, and \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tJ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t is the diffusion term of (6). We recognize in this equation a diffusion term, the first on the right hand side, and all the following terms do constitute entropy production terms.
\n\t\t\t\t
Before discussing the implications of the second principle, it is of interest to discuss the physical meaning of each term and to precise the equations of state. The first remark that has to be done is that the pressure has not to appear in the entropy production term, because it is not a source of irreversibility. Then the terms where the pressure appears have to be zero, and that implies that \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tπ\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t4\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t.
\n\t\t\t\t
In addition, within the last term of (15), the directly scalar part of the entropy production, there is one contribution of the energy equation but also the contribution \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t is due to the destruction terms of the equations for \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. Globally, this term has to be positive, but the contribution of \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t may be dangerous for that. This problem is cancelled by choosing\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, and that corresponds to a “mutual equilibrium of destructions rates” for \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. Assuming this mutual equilibrium ensures that no additional irreversibility is brought by this new kind of model.
\n\t\t\t\t
These three relations do determine constraints on the equations of state, or on the C’s. It has to be remarked that the equation (14) has been built, and most often used, for cases where the turbulence is incompressible, then the divergence of the velocity fluctuations is vanishing, and the relation \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t4\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t does not matter in this circumstance.
\n\t\t\t\t
Taking into account \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tπ\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tas well as the six Maxwell relations (saying that the second partial derivatives of \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tς\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\tς\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t are identical when the derivation variables are commuted), it is possible with a few algebra to find a convenient set of four equations of state only in the case where \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t is a constant (possibly zero). The solution is:
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tπ\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t,
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tT\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t,
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tand
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE21
,
where \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t is a positive constant (with \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t chosen positive, without loss of generality). These formulas are not the unique solution of the problem, but they constitute a solution that can be supported by measurements, as approximations, at least in a certain limited range of variation of of the variables. One can remark that for keeping \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t positive, which is necessary in thermodynamics, it is necessary that\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t.
\n\t\t\t\t
We can now discuss in details the implications of the second principle, which prescribes that the entropy production rate, the right hand side of the following equation (16), has to be always positive, or zero at equilibrium.
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-
We know already that \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tγ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tγ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tδ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tγ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tγ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\twith \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t positive, in such a way that \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t is always positive, or zero if the velocity gradients are zero. We remember also that\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, and then the three last term can be grouped giving\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t.Then, the group of the three last term of (16) is clearly always positive, by definition, even if the two first ones are not positive, depending on the fluctuations of density.
\n\t\t\t\t
Secondly, the term \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t concerning the influence of turbulent friction has also to be positive always, or zero. At the same time, we remember that \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t is a production term for \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and has to be essentially positive, although not necessarily everywhere. With \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t constant, it is implied that \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t is necessarily positive and then the linear irreversible thermodynamics again supports the Boussinesq relation, here written for compressible flows:\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\td\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tγ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tγ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tδ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, with \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t positive.
\n\t\t\t\t
Here again, we have to write\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tl\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tl\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tbeing positive, constant or function of the Reynolds number of turbulence, defined here as\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tRe\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, if this number is sufficiently small. This is exactly what is used in all versions of the k-epsilon model. For versions able to consider small turbulence Reynolds number, \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tmay become negative, and in this case this term has to be smaller than the three last terms corresponding to\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t≈\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tτ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t.
\n\t\t\t\t
The last point deals with the terms\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tj\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tQ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tJ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tJ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ty\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. Again, we see that the modelling of \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tJ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t and\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tJ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, as well as \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tj\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tQ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t can be done in terms of\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tε\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tand\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, with possible coupling. No coupling has been attempted so far, however. The coefficients of diffusivity of turbulence kinetic energy, dissipation rate, and heat are all proportional to \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tμ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t previously defined.
\n\t\t\t\t
As previously for the Prandtl mixing length model, we see that the well known k-epsilon model can be perfectly explained in the frame work of irreversible linear thermodynamics. The constraints we have found that \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t do correspond with the common practice for large turbulence. The value of \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t3\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t is not well known, because the flows where \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t≠\n\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t are more complex, but we have shown that we need \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t≠\n\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t even if the C’s are varying. Considering\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t4\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, we have found that\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t4\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. That implies then a constraint for\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t4\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, which is\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t4\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tR\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. In case where the influence of \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tk\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\tθ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t is poor, \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t4\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tsimply. However, it remains to find an approximation for \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tp\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t when it is not negligible. In practice, this quantity plays only in flows where\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t≠\n\t\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, which are less well studied turbulent flows, and the experiments up to now have only confirmed that \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tC\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t4\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t has not to be put to zero...
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3. Irreversible thermodynamics for two phase flows models
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The theoretical description of two-phase flows is now firmly based by describing at each instant this medium as piece-wise continuous, and then considering that the model has to deal with statistical averages, like for turbulent flows (Drew, 1983). The randomness here is due both to the poorly known initial and limiting conditions concerning the presence of the phases, and to the existence of local perturbations permanently created by unstable phenomena within the flow, similarly to classical turbulent flows. There is again the need of defining how many mean variables are necessary, and of finding their equations. We first give here the set of variables and equations for representing the flow, without details concerning the calculations but with the relevant physical interpretation, and then we show how the Extended Irreversible Thermodynamics helps the modelling.
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3.1. Variables and equations for two-phase flows modelling
\n\t\t\t\t
The first classical attempt for representing a two-phase flow uses statistically averaged variables for volumetric mass, momentum, internal energy for the two phases, and their probability of presence, also known as the “volume fraction” of each phase. It is defined a “phase indicator” \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t→\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\twhich is unity within the phase i and zero outside, and the statistical average \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t→\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tis nothing but the probability of presence of this phase. Of course,\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∑\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t→\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t1\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. For each phase, we define\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t.
\n\t\t\t\t
The averaged forms of mass, momentum and energy equations can be found from the primitive equations for the piecewise continuous medium (Borghi, 2008). For momentum and energy they display additional diffusion fluxes due to the presence of local perturbations around the mean values, similarly as for the turbulent flows. We will call these terms “pseudo-turbulent” fluxes. The averaged equation for the mass of phase i is:
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tr\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tn\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tσ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ts\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE23
\n\t\t\t\t
The last term on the R.H.S is the possible exchange of mass between the two phases: \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tr\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tis the velocity of the phase i relative to the interface, non zero only when there is exchange of mass between phases (vaporization-condensation for instance) ; \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tσ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ts\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tis the instantaneous interface area by unit of volume of the medium, mathematically defined by\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tn\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tσ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ts\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, where \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tn\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t is the normal to the interface, oriented outward phase i. Of course, the gradient of the phase indicator has the structure of a Dirac peak, and \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tσ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ts\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t is zero except on the interface (Kataoka, 1986). The averaged equation for the momentum of phase i is.
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tσ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t∗\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tg\n\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tr\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tn\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tσ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ts\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tσ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tn\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tσ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ts\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE24
\n\t\t\t\t
The pseudo turbulent momentum diffusion flux is\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. The two last terms of (18) represent the momentum given to the phase i by the other one, by exchange of mass and by the contact force, respectively. The tensor \n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tσ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tβ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t is the Cauchy stress tensor within the phase i. The equation for the mean total energy of phase i is:
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The total energy is defined as\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, the pseudo-turbulent energy flux is\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t˜\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t/\n\t\t\t\t\t\t\t\t2\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t, and the last three terms are the exchanges of energy from the other phase, due to exchange of mass, power of contact force, and heat flux, respectively.
\n\t\t\t\t
It is possible also to write a balance equation for the volume of phases, simply obtained from the convection equation of the field of\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tρ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\'\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\te\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t¯\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t:\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t→\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t,\n\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t. When averaged, this equation gives:
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\ts\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tt\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t+\n\t\t\t\t\t\t\t(\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t−\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tv\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tr\n\t\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t)\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t∂\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tx\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tα\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\tΦ\n\t\t\t\t\t\t\t\ti\n\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t=\n\t\t\t\t\t\t\t0\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\tE27
\n\t\t\t\t
The terms on the R.H.S. have to be approximated by models, the second one being only due to the exchange of mass between phases.
\n\t\t\t\t
There are also important instantaneous interface conservation relations, linking at the interface the exchanges between the phases: first, the mass lost or gained by one phase is identical to the mass gained or lost by the other phase; second, if we neglect the surface tension phenomena, it follows that the momentum lost or gained by one phase is identical to the momentum gained or lost by the other one ; and third a similar relation holds for the total energy (Kataoka, 1986). That leads to:
\n\t\t\t\t
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At the interface, the tangential velocity and the temperature fields are continuous, but there are discontinuities of density, momentum and energy per unit mass. The equations (21) give “jump relations” relating the values of these quantities on both sides of the discontinuity. We will not consider further here the exchanges of mass between phases, and these relations are simplified as:
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