ENSCHEDE, 4 september 2016 00:00
Het injecteren van luchtbellen bij de scheepsromp is een effectieve manier om de stromingsweerstand, en daarmee het brandstofverbruik, van een schip terug te dringen. Mits de bubbels de juiste afmetingen hebben. Onderzoekers van de Universiteit Twente laten zien dat het effect verwaarloosbaar wordt bij kleine belletjes: grote, vervormbare bellen moeten het zijn.
De onderzoekers hebben hiervoor de ‘Twente Taylor-Couette'-opstelling gebruikt, die in staat is een volledig turbulente stroming te creëren. Deze geavanceerde machine bestaat uit twee cilinders met vloeistof ertussen. Gaat de binnenste cilinder snel draaien, dan zullen bubbels op het cilinderoppervlak gedrukt worden, vergelijkbaar met de situatie bij schepen. Hier gaan ze de wrijving beïnvloeden in de grenslaag tussen water en cilinderoppervlak. Welke parameters de doorslag geven voor succesvolle luchtsmering, is zo in deze unieke proefopstelling te onderzoeken.
Met vier procent lucht is in de proefopstelling een wrijvingsreductie van 40 procent haalbaar, bij grote bellen. Vervolgens hebben de onderzoekers een beetje ‘surfactant' toegevoegd, om de oppervlaktespanning tussen bellen en water te variëren en zo ook de belgrootte te manipuleren. Alle andere eigenschappen, zoals stroomsnelheid en dichtheid, bleven identiek aan de situatie met de grote bellen. Wat bleek? De bellen worden gemiddeld veel kleiner, omdat het surfactant het samengaan met andere bellen tot grotere bellen voorkomt. Daardoor zijn ze uniformer verdeeld in de stroming en worden niet tegen het cilinderoppervlak geduwd. Vier procent lucht geeft bij deze microbellen vier procent reductie: netto is er aan het scheepsoppervlak geen effect. Onderzoeker Ruben Verschoof: "Uit eerdere metingen wisten we dat vervormbare bellen het best werken, maar dat het verschil zo dramatisch zou zijn, hadden we niet verwacht."
De bovenste rij laat de grote bellen zien die samengaan en vervormbaar zijn, bij de onderste rij gaan de (veel kleinere) belletjes zich uniform verdelen. De linker foto is de 'Twente Taylor-Couette' opstelling.
Juist door te meten aan turbulente stromingen, en niet aan de eenvoudiger situatie van langzame, laminaire stroming, zijn de uitkomsten direct relevant voor de scheepvaartindustrie die luchtsmering wil introduceren. Ook voor het terugdringen van wrijving in pijpleidingen geven de metingen nieuw inzicht.
Het onderzoek is uitgevoerd in de groep Physics of Fluids van prof. Detlef Lohse. Lohse's groep maakt deel uit van het Mesa+ Instituut voor Nanotechnologie van de UT. Het onderzoek wordt gefinancierd door de Technologiestichting STW en de Stichting FOM.
Het artikel ‘Bubble drag reduction requires large bubbles', door Ruben Verschoof, Roeland van der Veen, Chao Sun en Detlef Lohse is verschenen in Physical Review Letters.
ab op X
Volg ab nu ook op X!
Onze accountnaam is: @aenb
Agenda meer (7)