Waarom vliegtuigen weinig hebben aan turbulente stromingen in het lab

Geplaatst op 04 juni 2014 om 14:24 uur
Waarom vliegtuigen weinig hebben aan turbulente stromingen in het lab
Onlangs publiceerde de vakgroep Physics of Fluids van Detlef Lohse van de Universiteit Twente een nieuwe kijk op lang geldende theorieën rondom turbulente vloeistofstromingen in het tijdschrift Nature Communications. De ‘oude' theorieën zeggen dat er in turbulente vloeistofstromingen slechts één 'toestand' kan bestaan. De onderzoekers vonden met hun toonaangevende Taylor-Couette opstelling onder gelijke omstandigheden toch verschillende structuren in een hoog-turbulente stroming.
Dit is van belang voor het vertalen van meetresultaten naar oplossingen voor veel hedendaagse vraagstukken bij meteorologie, astrofysica, oceanologie en nog meer industriële toepassingen.

De verrassende uitkomsten werden gemeten met de experimentele Taylor-Couette opstelling, die al een serie artikelen in prestigieuze tijdschriften heeft opgeleverd. Deze opstelling is de grootste in zijn soort en biedt een scala aan mogelijkheden om turbulente (tweefasen-) stromingen te onderzoeken.

Het onderzoek is gedaan door Sander Huisman, Roeland van der Veen, Chao Sun en Detlef Lohse. Huisman promoveert in september 2014 op onderzoek naar Taylor-Couette turbulentie onder begeleiding van Sun en Lohse. Lohse geeft leiding aan de vakgroep en ontving in 2009 de STW Simon Stevin Meesterprijs.

 

Achtergrond

In de stromingsleer definieert het Reynoldsgetal (Re) het type stroming. Voor macroscopische stromingen van water of lucht geldt bijna altijd Re >> 1, wat betekent dat deze stromingen in het algemeen turbulent zijn. Om op basis van lab-experimenten of simulaties voorspellingen te doen over macroscopische stromingen (atmosfeer, vliegtuigen, ...) moeten er vier of vijf ordes van grootte in Re-getal overbrugd worden. Er zijn wel schaalwetten waarmee uitspraken kunnen worden gedaan over grotere schalen, maar niet als de stroming in een ander type turbulentie terechtkomt bij hoger Re-getal of wanneer verschillende types turbulentie tegelijkertijd plaatsvinden.

 

In 1941 heeft Kolmogorov voorspeld dat bij een heel hoog Re-getal er maar één soort turbulentie kan bestaan. De vakgroep van Lohse heeft nu aangetoond dat bij hoog-Re-getal-stromingen wel degelijk verschillende soorten turbulentie kunnen bestaan. Oftewel: voorspellingen over turbulent gedrag kun je niet zomaar extrapoleren naar stromingen met een nog hoger Re-getal.

 

Publicatie: http://www.nature.com/ncomms/2014/140513/ncomms4820/full/ncomms4820.html

 

 
© Engineersonline.nl