Waarom vliegtuigen weinig hebben aan turbulente stromingen in het lab

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 (R_e) het type stroming. Voor macroscopische stromingen van water of lucht geldt bijna altijd R_e >> 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 R_e-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 R_e-getal of wanneer verschillende types turbulentie tegelijkertijd plaatsvinden.

In 1941 heeft Kolmogorov voorspeld dat bij een heel hoog R_e-getal er maar één soort turbulentie kan bestaan. De vakgroep van Lohse heeft nu aangetoond dat bij hoog-R_e-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 R_e-getal.

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