NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2013/turbulente-verdamping-gesimuleerd-nr-112/

Geprint op :
14 december 2018
15:17:41

De onderzoekers van het 'DROP'-programma bestuderen de interacties tussen een groot aantal waterdruppels in een turbulente stroming. Promovendus Anastasia Bukhvostova, werkzaam onder leiding van prof.dr. Hans Kuerten en prof.dr.ir. Bernard Geurts in de groep 'Multiscale Modeling and Simulation' aan de Universiteit Twente, ontwikkelt een simulatiemethode waarmee turbulente verdamping van waterdruppels in lucht tot in het kleinste detail kan worden onderzocht.

Natuurkundigen vergelijken turbulente stromingen waarin verdamping een rol speelt vaak met de manier waarop geluid zich verplaatst. Het machgetal, die de snelheid van geluid ten opzichte van de stroomsnelheid van een medium aangeeft, is in het geval van de hier onderzochte turbulente stromingen zeer laag. Alom bekende effecten zoals schokgolven zullen daarom niet optreden. Desondanks kan een stroming wel samendrukken. Zo'n effect ontstaat wanneer de lokale dichtheid van het lucht-waterdampmengsel verandert, bijvoorbeeld doordat waterdruppels in de stroming snel verdampen. Een turbulente stroming van een mengsel van lucht en waterdampdruppels heeft daardoor andere transporteigenschappen dan droge lucht. De wisselwerking tussen de waterdruppels en het lucht-waterdampmengsel zal vooral merkbaar zijn in de energiehuishouding van de stroming.

Simulatie
Simulatie van deze stromingen stelt speciale eisen aan de numerieke methode. Verschillen tussen de snelheid waarmee het luchtmengsel stroomt en de snelheid waarmee geluid beweegt, maakt het noodzakelijk om extreem kleine tijdstappen te gebruiken in de simulatie. De onderzoekers hebben een nieuwe rekenmethode ontwikkeld waarmee ze turbulent transport in combinatie met snelle verdamping kunnen berekenen. De onderzoeksgroep heeft dit concreet toegepast op stroming tussen twee verwarmde platen. Deze typische configuratie is van belang in talloze toepassingen.

Uit de simulatie bleek  dat de effectiviteit van de warmteoverdracht tussen de twee platen in het geval van lucht-waterdampmengsel tot wel drie keer groter is dan het geval is bij droge lucht. Dat is zo omdat het mengsel ook via directe verdamping en condensatie nabij de wanden voor energieoverdracht zorgt. Deze vondst is van groot belang voor allerlei toepassingen, zoals het verwijderen van water uit biogas voor gebruik in het Nederlandse gasnetwerk. De simulatie levert dus zowel nieuwe fundamentele als toepassingsgerichte kennis op. Dit onderstreept het belang van simulatie voor funderend fysisch onderzoek.