Stuwmeer geeft haperende korrelstroom
Kleine verstoring heeft grote gevolgen
Korrelstromen gaan zich als een vloeistofstroom gedragen zodra de
externe kracht op de korrels zo groot is dat het verlies aan energie
door botsingen -met elkaar en met de wand- wordt gecompenseerd. Al bij
een kleine verstoring kan stuwing optreden waardoor de snelheid
inzakt. Dit verklaart onder meer haperingen in industriële
productieprocessen. Chemici en wiskundigen van het onderzoeksinstituut
IMPACT van de Universiteit Twente zijn erin geslaagd het gedrag van
korrelstromen te beschrijven met een wiskundig model, simulaties en
experimenten. Ze publiceren erover in het Journal of Fluid Mechanics
van mei 2007.
Om het gedrag van korrelstromen te bestuderen hebben de onderzoekers
een schuin aflopende goot met variabele vernauwingen gebruikt. De
vernauwing, in combinatie met het `debiet', kan aanleiding geven tot
stuwing. Die stuwing kan zo sterk worden dat er een `granulaire
sprong' optreedt, waarna de korrels met een veel lagere snelheid
stromen. Korrelstromen, voortgedreven door de zwaartekracht, komen
veel voor: van instortende vulkaanhellingen tot stromingen van kool-
en ertsdeeltjes in hoogovens en stroming van plastic korrels voordat
er folie van wordt gemaakt. Een granulaire sprong kan daar het proces
sterk beïnvloeden.
Het team heeft niet alleen experimenten gedaan, het is er voor het
eerst in geslaagd het verschijnsel te beschrijven in met een slimme
wiskundige analyse, zonder de eigenlijke bewegingsvergelijkingen
volledig te hoeven doorgronden. Wiskundige dr.ir. Onno Bokhove: "Nieuw
is de geïntegreerde analyse, die we gebaseerd hebben op een analyse
van vergelijkbare waterstroming aangevuld met de rol van de interne
wrijving. Ook andere geometrieën kunnen we ermee analyseren."
a
b
c
d
Loodrecht kijkend op de schuin aflopende goot zien we in a. een
snelle, gladde stroom die in b. wordt verstoord door er kort een
vinger in te plaatsen, in c neemt de stuwing tgv de verstoring toe en
er ontstaat een overgang van snelle naar langzame stromen (c d)
In een filmpje wordt duidelijk welke gevolgen deze kleine verstoring
(het plaatsen van de vinger in de stroom, zoals in figuur b) hebben.
Noot voor de pers
Het artikel Supercritical shallow granular flow through a contraction:
experiment, theory and simulation van Vreman, Al-Tarazi, Van Sint
Annaland, Kuipers en Bokhove staat in de mei-editie van de Journal of
Fluid Mechanics, een uitgave van Cambridge University Press. Een
pdf-bestand kan op verzoek toegestuurd worden.
Contactpersoon voor de pers: Wiebe van der Veen, tel (053)4894244
Top
Laatst gewijzigd op 03-05-2007 16:04:10 door Webmaster
Universiteit Twente