Mits de pijp lang genoeg is, stellen Delftse onderzoekers

Er bestaat niet zoiets als een kritisch Reynoldsgetal, waarboven een stroming turbulent wordt. Maar de meeste testbuizen in het lab zijn zo kort dat je daar nooit achter komt, zo schrijven onderzoekers van de TU Delft en de Philipps-Universitat Marburg deze week in Nature.

Fysici en procestechnologen hebben altijd aangenomen dat het dimensieloze Reynoldsgetal Re (stroomsnelheid x vloeistofdichtheid x buisdiameter / viscositeit) aangeeft wanneer een stroming ‘glad’ (laminair) of turbulent is. Het omslagpunt ligt ergens tussen 2000 en 2300.

Uit wiskundige analyses blijkt dat alleen laminaire stroming stabiel kan zijn. Al meer dan honderd jaar proberen fysici te verklaren waarom turbulentie überhaupt kan bestaan. De meest recente theorie sprak van ‘travelling waves’die op zich instabiel zijn maar telkens nieuwe turbulente golven kunnen genereren. Uit computersimulaties bleek dat een verstoring van de stroming dan inderdaad het eeuwige leven heeft als je boven Re = 2000 zit.

Prof. Jerry Westerweel (TU Delft) wilde dit experimenteel bevestigen. Ze bouwden een dertig meter lange pijp met een diameter van 4 mm. De lengte/diameterverhouding bedroeg dus 7.500, een factor tien hoger dan gebruikelijk voor stromingsproeven. En tot ieders verbazing bleken de verstoringen in zo’n lange buis juist wél uit te sterven.

Het uitdoven duurt wel langer naarmate het Reynoldsgetal stijgt. Volgens de onderzoekers moet je in een oneindig lange tuinslang, bij Re = 2.400, gemiddeld vijf jaar geduld hebben. Geen wonder dat niemand het eerder heeft gemerkt.