Doorbraak in de schaalwet voor turbulente stroming

Promovendus Xiaojue Zhu van de Universiteit Twente heeft een doorbraak bereikt in een klassiek onderwerp uit de hydrodynamica: de schaalwet voor turbulente stroming. Deze is in 1962 door Robert Kraichnan voorspeld, maar nooit waargenomen, omdat deze pas ingaat bij zeer sterke turbulentie. Sterker dan in het laboratorium gerealiseerd kan worden en ook sterker dan op een computer kan worden gesimuleerd. In zijn dissertatie heeft Zhu aangetoond dat hij dit ‘ultieme turbulente regime’ numeriek heeft kunnen bereiken en de resultaten heeft kunnen vergelijken met corresponderende experimenten in zijn Vloeistoffysica-groep in Twente.

Zhu’s promotor Detlef Lohse karakteriseert het proefschrift als een briljant meesterwerk dat een innovatieve en productieve onderzoekslijn heeft geopend. Zhu zou de turbulentie met name kunnen vergroten door middel van de ruwheid van de wand: de begrenzingen (boundaries). De ruwheidselementen verschillen van elkaar qua vorm, grootte, dichtheid en opstelling. Een belangrijke vraag is of verschillende soorten ruwheid verschillende effecten hebben op het transport en de stromingsstructuur. Dat klinkt misschien eenvoudig, maar het is extreem complex.

Verklaringen

Zhu heeft zijn numerieke simulaties gecombineerd met experimenten. De numerieke en experimentele data vulden elkaar perfect aan en gaven verklaringen voor turbulentie en stromingen bij verschillende wandruwheden. In minder dan vier jaar tijd heeft Xiaojue niet alleen het onderzoekslandschap met betrekking tot turbulentie veranderd, maar ook inzichten opgedaan en resultaten geboekt waarvan niemand had kunnen dromen.

Prijzen en toekomst

Xiaojue Zhu is momenteel een veelgevraagd keynote spreker op internationale congressen. Hij heeft de 9e NWO Natuurkunde Proefschrift Prijs 2018 gewonnen en ontvangt deze in februari 2019. Ook won hij de De Overijssel PhD-Award 2018. Onlangs heeft Zhu een postdoc positie geaccepteerd aan de Universiteit van Harvard.