Als een stroming een bepaalde snelheid bereikt, wordt deze turbulent: vloeistof of gas stroomt niet meer geordend in lagen maar wervelt door elkaar. Maar anders dan tot nog toe werd aangenomen, is deze toestand niet van lange duur. Wetenschappers van het Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen en van de TU Delft hebben aangetoond, dat bij stromingen in leidingen met de tijd alle turbulentie verdwijnt. De metingen van de onderzoekers op dit gebied zijn beduidend nauwkeuriger dan de experimenten en computersimulaties tot nog toe.
Of het nu oliepijpleidingen of stadsverwarmingsbuizen betreft, turbulente stromingen in leidingen spelen in veel dagelijkse toepassingen een rol.De uiterlijke verschijningsvorm is dezelfde: als een bergbeek banen ze zich klotsend en spuitend hun weg. Pas bij duidelijk langzamere stroomsnelheid worden de stromen rustiger. Deze toestand beschrijven we wetenschappelijk als laminair. Het verschil tussen turbulent en laminair zijn de inwendige krachten, die watermoleculen aan elkaar binden.Pas als hun invloed minder is dan de invloed van de versnellingskrachten van de stroming kunnen turbulenties ontstaan.
Tot nog toe namen onderzoekers aan, dat een turbulente stroming die een constante snelheid heeft, ook turbulent blijft. Maar onderzoekers uit Göttingen en Delft hebben aanwijzingen gevonden die het tegendeel aangeven.De metingen tonen aan dat elke turbulente stroming in een buis gedwongen laminair wordt. Afhankelijk van de geometrie van de buis kan deze overgang weliswaar jaren op zich laten wachten. Maar net als bij een kogel in een kom, die elke keer weer terugkeert in een evenwichttoestand, is alleen de laminaire stroming stabiel.
Lang en dun
Voor de metingen lieten de onderzoekers water stromen door een glazen buis van 14 m lang en een doorsnede van enkele mm. Door een korte waterstroom vanaf de zijkant wekten ze een turbulente werveling op in de verder laminair verlopende stroming en zagen hoe deze zich op zijn weg door de buis verder ontwikkelde. Uit de waarschijnlijkheid waarmee de werveling onveranderd het einde van de buis bereikte, konden ze op grond van wetmatigheid besluiten, dat de turbulentie ophield.
Een turbulente stroom in een dunne glazen buis. Vóór en na de werveling is de stroming laminair.
Om te kunnen onderscheiden of de turbulentie stabiel is of zeer lang levend, moesten de onderzoekers zeer nauwkeurig meten. Zo was het belangrijk om de temperatuur van het water tijdens het experiment constant te houden. De behaalde meetnauwkeurigheid overtreft alle metingen op dit punt tot nog toe. Zelfs computersimulaties konden zulke nauwkeurige gegevens niet leveren.
Het is nog niet duidelijk of deze resultaten ook van toepassing zijn op stromingen buiten buizen. Maar de gegevens van nu zijn geschikt om turbulentie in buizen in de toekomst gericht te beëindigen. Turbulente stromingen verbruiken meer energie en zijn daarom vaak niet gewenst, zoals in oliepijpleidingen.Omdat deze stromingen uit zichzelf streven naar een laminaire stroming, zou het mogelijk kunnen zijn om met een gerichte verstoring de levensduur van de turbulentie te verkorten en zo energie te besparen.
