Al een halve eeuw probeert de wetenschap te begrijpen waarom ruwe olie soms makkelijker stroomt als je er wat polymeermoleculen bij stopt. Promovendus Piotr Ptasinski denkt het raadsel te hebben opgelost.
br />
In de Tweede Wereldoorlog ontdekten Amerikaanse legeronderzoekers die een betere vlammenwerper wilden ontwerpen bij toeval iets vreemds. Voeg aan een vloeistof een klein beetje van een polymeer toe % een zwaar, langgerekt molecuul dat onder meer bekend is uit de rubber- en kunststofindustrie % en zelfs een vloeistof als olie of drab zal opeens veel soepeler door een leiding stromen. De truc met de polymeren kan in turbulent stromende vloeistoffen zorgen voor 50 tot zelfs 70 procent minder weerstand en wordt inmiddels dan ook met succes toegepast in onder meer de olie-industrie, het brandweerwezen en de riooltechniek. Echter: ruim vijftig jaar nadat de Britse chemicus B.A. Toms het ‘Toms effect’ ook in de wetenschapsannalen officieel bijboekte, snapt de wetenschap nog altijd niet goed hoe de ervaringsregel nu eigenlijk werkt en waarom.
Natuurkundige Piotr Ptasinski denkt daarin verandering te hebben gebracht. Polymeren, betoogt hij in het proefschrift waarop hij volgende week hoopt te promoveren, werken eigenlijk als schokbrekers die de wervelingen in snelstromende vloeistoffen temperen. Hoe elastischer de polymeer, des te beter het effect: de polymeermoleculen zullen de bewegingsenergie van de stromende vloeistof dan beter ‘absorberen’ door als een springveer uit te rekken en in te krimpen. En die energie kan dan niet meer worden gebruikt voor de vorming van weerstandsverhogende turbulentie. ,,Met die kennis zou je misschien speciale polymeren kunnen ontwikkelen die nog beter strekbaar zijn”, zegt Ptasinski.
De Pools-Nederlandse onderzoeker ging het raadselachtige verschijnsel op kosten van onderzoeksfinancier FOM te lijf met een 34 meter lange proefpijpleiding, een paar potten van een polymeer genaamd Superfloc A110, en een aantal computersimulaties. De polymeermoleculen, zo ontdekte Ptasinski, blijken op een paar millimeter van de pijpwand een soort barricade op te werpen tegen turbulentie. De molecuulketens remmen het ontstaan van turbulentiebewegingen loodrecht op de wand van de leiding af, en zorgen ervoor dat vloeistofwervelingen dicht bij de pijpwand worden ‘losgekoppeld’ van structuren midden in de pijpleiding. Het gevolg: minder turbulentie, minder weerstand en een veel soepeler doorstroming. ,,Ik denk dat ons model een realistische manier biedt om de stroming door te rekenen.”
Voor de langere termijn kan Ptasinski’s onderzoek ook nuttig zijn voor heel andere toepassingen, zoals in de medische wetenschap. Vermoed wordt dat het Toms effect daar wellicht van pas kan komen voor bijvoorbeeld de doorstroming van bloed in dialyseapparaten.
Al een halve eeuw probeert de wetenschap te begrijpen waarom ruwe olie soms makkelijker stroomt als je er wat polymeermoleculen bij stopt. Promovendus Piotr Ptasinski denkt het raadsel te hebben opgelost.
In de Tweede Wereldoorlog ontdekten Amerikaanse legeronderzoekers die een betere vlammenwerper wilden ontwerpen bij toeval iets vreemds. Voeg aan een vloeistof een klein beetje van een polymeer toe % een zwaar, langgerekt molecuul dat onder meer bekend is uit de rubber- en kunststofindustrie % en zelfs een vloeistof als olie of drab zal opeens veel soepeler door een leiding stromen. De truc met de polymeren kan in turbulent stromende vloeistoffen zorgen voor 50 tot zelfs 70 procent minder weerstand en wordt inmiddels dan ook met succes toegepast in onder meer de olie-industrie, het brandweerwezen en de riooltechniek. Echter: ruim vijftig jaar nadat de Britse chemicus B.A. Toms het ‘Toms effect’ ook in de wetenschapsannalen officieel bijboekte, snapt de wetenschap nog altijd niet goed hoe de ervaringsregel nu eigenlijk werkt en waarom.
Natuurkundige Piotr Ptasinski denkt daarin verandering te hebben gebracht. Polymeren, betoogt hij in het proefschrift waarop hij volgende week hoopt te promoveren, werken eigenlijk als schokbrekers die de wervelingen in snelstromende vloeistoffen temperen. Hoe elastischer de polymeer, des te beter het effect: de polymeermoleculen zullen de bewegingsenergie van de stromende vloeistof dan beter ‘absorberen’ door als een springveer uit te rekken en in te krimpen. En die energie kan dan niet meer worden gebruikt voor de vorming van weerstandsverhogende turbulentie. ,,Met die kennis zou je misschien speciale polymeren kunnen ontwikkelen die nog beter strekbaar zijn”, zegt Ptasinski.
De Pools-Nederlandse onderzoeker ging het raadselachtige verschijnsel op kosten van onderzoeksfinancier FOM te lijf met een 34 meter lange proefpijpleiding, een paar potten van een polymeer genaamd Superfloc A110, en een aantal computersimulaties. De polymeermoleculen, zo ontdekte Ptasinski, blijken op een paar millimeter van de pijpwand een soort barricade op te werpen tegen turbulentie. De molecuulketens remmen het ontstaan van turbulentiebewegingen loodrecht op de wand van de leiding af, en zorgen ervoor dat vloeistofwervelingen dicht bij de pijpwand worden ‘losgekoppeld’ van structuren midden in de pijpleiding. Het gevolg: minder turbulentie, minder weerstand en een veel soepeler doorstroming. ,,Ik denk dat ons model een realistische manier biedt om de stroming door te rekenen.”
Voor de langere termijn kan Ptasinski’s onderzoek ook nuttig zijn voor heel andere toepassingen, zoals in de medische wetenschap. Vermoed wordt dat het Toms effect daar wellicht van pas kan komen voor bijvoorbeeld de doorstroming van bloed in dialyseapparaten.

Comments are closed.