15 feb. 2021
1 minuut
Als water en olie, in een sterke turbulente stroom, een emulsie vormen, kunnen druppels van water-in-olie ontstaan of juist druppels van olie-in-water. Het omslagpunt tussen die twee fasen is spectaculair, laten onderzoekers van de Universiteit Twente nu zien: het heeft abrupte gevolgen voor de vloeistofwrijving. Daarbij verandert ook de druppelgrootte snel. Het effect is bijvoorbeeld van belang bij olietransport.
Het ‘Mayonaise-paper’ is gepubliceerd in Physical Review Letters.
De bekendste emulsies, zoals mayonaise of slagroom, blijven stabiel dankzij toevoeging van een emulgator die maakt dat olie en water toch oplosbaar in elkaar zijn en niet scheiden. In de experimenten van de UT-onderzoekers is geen emulgator aanwezig. Water en olie worden tussen een stelsel van twee cilinders gegoten, de Twente Turbulent Taylor-Couette opstelling. Olie drijft op water en de scheidslijn is duidelijk te zien. Totdat de cilinders snel gaan draaien, met hevige turbulentie tot gevolg. Dan vormt zich wél een emulsie: de vloeistof wordt troebel. Zonder emulgator worden de druppels dan ‘opengetrokken’ om druppels van olie in water (o-w) te vormen, óf van water in olie (w-o). Zet je de cilinders stil, dan is het ook snel voorbij met de emulsie. Maar als de cilinders nog volop draaien gedraagt het vloeistofmengsel zich ‘Newtoniaans’. Een drastische verandering is waarneembaar op het moment dat het van o-w naar w-o gaat, de weerstand neemt dan met maar liefst een factor zes af.
Druppelgrootte
Om dit verschijnsel te onderzoeken, wilden de onderzoekers de druppelgrootte bepalen van de vloeistof met behulp van een microscoop. Zou je echter een klein beetje vloeistof uit de cilinders aftappen om de druppelgrootte te onderzoeken, dan zou het mengsel direct scheiden. Ze hebben daarom, in plaats daarvan, de microscoop naar de turbulente vloeistof gebracht: een combinatie van een laser en een camera die een miljoenste van een seconde kan registreren. Zo bleek dat ook de druppelgrootte, tijdens de waargenomen omslag, drastisch veranderde.
Voor de voedselindustrie, maar ook petrochemische industrie en de oliewinning, waar ‘meta-stabiele’ emulsies worden getransporteerd, zijn dit belangrijke nieuwe inzichten: wat is bijvoorbeeld de gunstigste water-olie verhouding om vloeistoffen over te pompen?
Anderen lazen ook
