I det nye turbulensforsknings-laboratorium på DTU Mekanik vil Clara Velte forsøge at kombinere empiri og teori til nye erkendelser. Turbulente strømninger er kaotiske og umulige at forudsige, selv ved hjælp af statistik. Sådan har det i hvert fald været indtil nu. Men Clara Velte har tænkt sig at udfordre den sandhed med avanceret forsøgsudstyr og matematisk behandling af en kolossal mængde data.
Turbulenslaboratoriet består af to testrum og et kontrolrum, hvorfra forsøgene styres, og hvor de mange data samles. I det ene testrum skal hvirvelbevægelserne måles på stor skala. Der pustes luft (en jet) ud gennem en dyse, som sørger for, at strømningen er jævn (laminar) og har samme hastighed over hele åbningen. Samtidig sørger en sæbeboblegenerator for at sende en byge af 15 mikrometer store bobler ind i jetten, hvor de spredes som røg. Boblerne belyses med laser, og fire højhastighedskameraer dokumenterer, hvordan lyset spredes.
Højhastighedskameraerne i laboratoriet kan optage ca. 6.600 billeder i løbet af 7,8 sekunder for målingerne på stor skala og 250.000 billeder i løbet af 15 sekunder for målingerne på de mindste relevante skalaer. Foto: DTU/Mikal Schlosser
Centeret er enestående i verden og vil også være åbent for internationale forskere. Med fem forsøg om dagen og to parallelle forsøgsopstillinger bliver det til en anseelig mængde ekstremt detaljerede billeder, som skal overføres til computeren. Det tager en time pr. måling, så det er altså langt den mest tidkrævende del af forsøget. Og når dataene er overført, følger en omfattende analyseproces. Så der bliver helt sikkert brug for de fem år, der foreløbig er afsat til projektet.
Bedre forståelse af turbulens
Hvert industrielt område har sin måde at tackle uforudsigelighed i turbulensmønstre på. Metoderne baserer sig på erfaringer om, hvordan flowet plejer at arte sig, men de kunne blive meget bedre, hvis man havde en dybere forståelse af, hvad der sker. Med en bedre teori ville man bl.a. kunne gøre sin opblanding mere effektiv eller blive bedre til at kontrollere den.
På golfbolde har man f.eks. små fordybninger i overfladen for at få strømningen rundt om bolden til at blive turbulent. Det øger nemlig opblandingen af energirig luft tæt på bolden og gør, at luftmodstanden bliver lavere, så bolden kan flyve længere. På en vindmøllevinge, derimod, kan det i nogle tilfælde være fordelagtigt at bibeholde den laminare strømning og undgå turbulens. Man kan f.eks. bruge såkaldte mikro-vortex-generatorer for at skabe den effekt. Men her mangler man en dybere forståelse af de processer, der fører til laminarisering.
Clara Velte i det nye laboratorium. Foto: DTU/Mikal Schlosser
Ovenstående er et resumé af to artikler af Marianne Vang Ryde, bragt i marts-nummeret af DTU’s magasin, Dynamo samt på DTU’s hjemmeside.