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FP7

VISCELTURBFLOW Ergebnis in Kürze

Project ID: 304073
Gefördert unter: FP7-PEOPLE
Land: Belgien

Neue Turbulenzart in polymeren Flüssigkeiten

Polymeradditive verändern die Dynamik von Fluidströmungen dramatisch. Mithilfe von Simulationen fanden EU-finanzierte Wissenschaftler und ihre Mitarbeiter heraus, dass das Zusammenspiel von Trägheit und Elastizität in polymeren Strömungen zu einem neuen Zustand von Turbulenz führen kann.
Neue Turbulenzart in polymeren Flüssigkeiten
Polymeradditive können den Widerstand in turbulenten Strömungen dramatisch reduzieren. In großen Ölpipelines helfen sie beispielsweise, eine glattere Strömung und dadurch eine höhere Strömungsrate zu erreichen. Es gibt jedoch eine Grenze für die mögliche Verringerung des Widerstandes, die als Asymptote der Reduktion des maximalen Strömungswiderstands bezeichnet wird. Der entgegengesetzte Effekt wird in Mikrokanälen beobachtet, wo die durch Polymere eingeführte Viskoelastizität Instabilitäten und chaotische Bewegung in Strömen erzeugt, die sonst glatt und regelmäßig fließen würden.

Das EU-geförderte Projekt VISCELTURBFLOW (Computational study of macro- and microscopic turbulence controlled by polymer additives) wurde initiiert, um herauszufinden, wo die der Beginn der Verringerung des Strömungswiderstandes und seine maximale Grenze herstammen. Unter Verwendung von numerischen Techniken zeigten die Forscher, dass eine neue Art von Turbulenzen beteiligt ist.

Das Team von VISCELTURBFLOW und seine Mitarbeiter zeigten, dass ein Energietransfer von polymer-elastischer Energie zu turbulenter kinetischer Energie im kleinen Maßstab stattfindet. Dieser speist die Turbulenzen und verhindert, dass die Strömung vollständig laminar wird, was möglicherweise die Grenze der maximalen Verringerung des Strömungswiderstandes erklären.

Die Wissenschaftler untersuchten im Detail die Wechselwirkungen zwischen inertialen und elastischen Instabilitäten bei verschiedenen Reynolds-Zahlen. Die Reynolds-Zahl gibt den relativen Beitrag der Trägheit zu viskosen Kräften an. Ihre Simulationen zeigten, dass hinzugefügte Polymere eine Verzögerung des Übergangs von einer glatten und laminaren Strömung zu einer chaotischen turbulenten Strömung bewirken. Wenn jedoch zunächst eine ausreichend große Störung in Strömung eingeführt wird, fördert eine hohe Elastizität den Übergang und führt zu einer selbsterhaltenden chaotischen Strömung bei subkritischen Reynolds-Zahlen.

Dieser neue Zustand wurde als Elasto-Trägheitsturbulenz (EIT) bezeichnet. Das Team von VISCELTURBFLOW zeigte, dass EIT auch in zwei Dimensionen existiert. Sie schlugen vor, dass ETI den Zustand der maximalen Widerstandsreduzierung der Strömung in den Grenzen von sehr hoher Elastizität darstellt.

Die Ergebnisse von VISCELTURBFLOW wurden auf mehreren Konferenzen vorgestellt. Die Eigenschaften der neuen Art von Turbulenzen wurden in einer Reihe von Arbeiten in einflussreichen Peer-Review-Zeitschriften beschrieben.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Polymere, Viskoelastizität, Elasto-Trägheitsturbulenz (EIT), Übergang, VISCELTURBFLOW, Weissenberg-Zahl, Reynolds-Zahl
Datensatznummer: 190969 / Zuletzt geändert am: 2017-01-31