Customize Consent Preferences

We use cookies to help you navigate efficiently and perform certain functions. You will find detailed information about all cookies under each consent category below.

The cookies that are categorized as "Necessary" are stored on your browser as they are essential for enabling the basic functionalities of the site. ... 

Always Active

Necessary cookies are required to enable the basic features of this site, such as providing secure log-in or adjusting your consent preferences. These cookies do not store any personally identifiable data.

No cookies to display.

Functional cookies help perform certain functionalities like sharing the content of the website on social media platforms, collecting feedback, and other third-party features.

No cookies to display.

Analytical cookies are used to understand how visitors interact with the website. These cookies help provide information on metrics such as the number of visitors, bounce rate, traffic source, etc.

No cookies to display.

Performance cookies are used to understand and analyze the key performance indexes of the website which helps in delivering a better user experience for the visitors.

No cookies to display.

Advertisement cookies are used to provide visitors with customized advertisements based on the pages you visited previously and to analyze the effectiveness of the ad campaigns.

No cookies to display.

Onderwijs

TU’ers filmen knabbelende wervels

Alweer ligt een boekenwijsheid aan diggelen. Delftse fysici hebben experimenteel aangetoond dat turbulente vloeistoffen en gassen heel anders uitdijen dan natuurkundigen altijd dachten.

De stromingsleer is een opmerkelijke vakterm rijker: ‘knabbelen’. Laat een wervelende rookpluim of een turbulente vloeistof los in een niet-turbulent medium, en de wervelingen ‘knabbelen’ aan hun omgeving. Resultaat: een rookpluim die steeds breder wordt, een wolk die groeit of een turbulente stroming die wijder wordt.

Een Delfts onderzoeksteam onder leiding van prof.dr.ir. Jerry Westerweel wist de details van het verschijnsel voor het eerst experimenteel vast te leggen. De onderzoekers injecteerden gekleurde, turbulente vloeistof in een bakje water, en filmden zowel de vloeistof als het gedrag van zeer kleine kunststofdeeltjes die ze door de vloeistof hadden gemengd. Daaruit blijkt dat de turbulente vloeistof aan de buitenkant een zeer dun grenslaagje heeft van enkele tienden van millimeters, van waaruit de turbulentie de omgeving als het ware opknaagt. Het grenslaagje bevat minuscule werveltjes, die het buitengebied beïnvloeden en laten meewervelen.

Een opmerkelijke vondst, want tot dusver ging iedereen vanuit dat turbulentie zich op een veel grovere manier verspreidt. Algemeen werd aangenomen dat turbulentie grote happen uit de stilstaande lucht of vloeistof inkapselt en vervolgens turbulent maakt. Dat insluiten van grote stukken niet-turbulente omgeving blijkt in de experimenten echter verantwoordelijk voor maar 7 tot 10 procent van de uitdijing, zo schrijft Westerweel samen met zijn collega’s dr. Chiharu Fukushima, dr. Jakob Pedersen en prof.dr. Lord Julian Hunt in het vakblad Physical Review Letters.

De vondst zal niet direct zorgen voor andere weermodellen of nieuwe vliegtuigvleugels, vertelt Westerweel. “Onze bijdrage is vooral van fundamenteel belang voor het begrip van wat er precies gebeurt op het grensvlak van turbulent en niet-turbulent. Daar weten we nog heel weinig van, maar in de stromingsmodellen wordt dat altijd een beetje onder het vloerkleed geschoven. We verwachten dat we nu op den duur op een veel nettere manier stromingen kunnen simuleren.”

Voorlopig is er nog werk aan de winkel. De mate van turbulentie wordt uitgedrukt met het zogeheten ‘Reynoldsgetal’, en het Reynoldsgetal waarmee Westerweel werkte, ligt enkele ordegroottes lager dan de Reynoldsgetallen van turbulente natuurverschijnselen zoals wolken en rookpluimen. “De volgende stap is dat we bekijken hoe algemeen ons resultaat is”, zegt Westerweel. “Maar ons vermoeden is dat het verschijnsel van het knabbelen bij hogere Reynoldsgetallen steeds sterker optreedt. Bij hogere Reynoldsgetallen komen er immers steeds meer van die kleine, knabbelende werveltjes aan de rand van de turbulentie.”

De experimentele uitkomst uit Delft al in de jaren vijftig voorspeld door theoretisch-natuurkundigen. In de jaren daarop meende men echter te hebben aangetoond dat er helemaal niet zoiets als een knabbelend buitenlaagje bestaat. Westerweel verwacht dan ook dat zijn experiment veel stof zal doen opwaaien in de stromingsleer. “Men heeft altijd gedacht dat de grote wervels belangrijk waren, en niet de kleine. Het is dus even wennen dat het andersom is.”

De stromingsleer is een opmerkelijke vakterm rijker: ‘knabbelen’. Laat een wervelende rookpluim of een turbulente vloeistof los in een niet-turbulent medium, en de wervelingen ‘knabbelen’ aan hun omgeving. Resultaat: een rookpluim die steeds breder wordt, een wolk die groeit of een turbulente stroming die wijder wordt.

Een Delfts onderzoeksteam onder leiding van prof.dr.ir. Jerry Westerweel wist de details van het verschijnsel voor het eerst experimenteel vast te leggen. De onderzoekers injecteerden gekleurde, turbulente vloeistof in een bakje water, en filmden zowel de vloeistof als het gedrag van zeer kleine kunststofdeeltjes die ze door de vloeistof hadden gemengd. Daaruit blijkt dat de turbulente vloeistof aan de buitenkant een zeer dun grenslaagje heeft van enkele tienden van millimeters, van waaruit de turbulentie de omgeving als het ware opknaagt. Het grenslaagje bevat minuscule werveltjes, die het buitengebied beïnvloeden en laten meewervelen.

Een opmerkelijke vondst, want tot dusver ging iedereen vanuit dat turbulentie zich op een veel grovere manier verspreidt. Algemeen werd aangenomen dat turbulentie grote happen uit de stilstaande lucht of vloeistof inkapselt en vervolgens turbulent maakt. Dat insluiten van grote stukken niet-turbulente omgeving blijkt in de experimenten echter verantwoordelijk voor maar 7 tot 10 procent van de uitdijing, zo schrijft Westerweel samen met zijn collega’s dr. Chiharu Fukushima, dr. Jakob Pedersen en prof.dr. Lord Julian Hunt in het vakblad Physical Review Letters.

De vondst zal niet direct zorgen voor andere weermodellen of nieuwe vliegtuigvleugels, vertelt Westerweel. “Onze bijdrage is vooral van fundamenteel belang voor het begrip van wat er precies gebeurt op het grensvlak van turbulent en niet-turbulent. Daar weten we nog heel weinig van, maar in de stromingsmodellen wordt dat altijd een beetje onder het vloerkleed geschoven. We verwachten dat we nu op den duur op een veel nettere manier stromingen kunnen simuleren.”

Voorlopig is er nog werk aan de winkel. De mate van turbulentie wordt uitgedrukt met het zogeheten ‘Reynoldsgetal’, en het Reynoldsgetal waarmee Westerweel werkte, ligt enkele ordegroottes lager dan de Reynoldsgetallen van turbulente natuurverschijnselen zoals wolken en rookpluimen. “De volgende stap is dat we bekijken hoe algemeen ons resultaat is”, zegt Westerweel. “Maar ons vermoeden is dat het verschijnsel van het knabbelen bij hogere Reynoldsgetallen steeds sterker optreedt. Bij hogere Reynoldsgetallen komen er immers steeds meer van die kleine, knabbelende werveltjes aan de rand van de turbulentie.”

De experimentele uitkomst uit Delft al in de jaren vijftig voorspeld door theoretisch-natuurkundigen. In de jaren daarop meende men echter te hebben aangetoond dat er helemaal niet zoiets als een knabbelend buitenlaagje bestaat. Westerweel verwacht dan ook dat zijn experiment veel stof zal doen opwaaien in de stromingsleer. “Men heeft altijd gedacht dat de grote wervels belangrijk waren, en niet de kleine. Het is dus even wennen dat het andersom is.”

Redacteur Redactie

Heb je een vraag of opmerking over dit artikel?

delta@tudelft.nl

Comments are closed.