Nowy rodzaj turbulencji w płynach polimerowych
Dodatki polimerowe mogą znacząco zmniejszać opór w przepływach burzliwych. Na przykład, w dużych ropociągach pomagają one w upłynnieniu przepływu, a tym samym w zwiększeniu jego wydajności. Istnieje jednak limit możliwej redukcji oporu, noszący nazwę maksymalnej asymptoty zmniejszenia oporu. Przeciwne zjawisko występuje w mikrokanalikach, w których lepkosprężystość wywoływana przez polimery powoduje powstawanie niestabilności i chaotycznego ruchu w przepływach, które w innym razie byłyby płynne i regularne. Celem projektu VISCELTURBFLOW (Computational study of macro- and microscopic turbulence controlled by polymer additives), finansowanego ze środków UE, było ustalenie źródła początku ograniczania oporu i jego maksymalnego limitu. Przy użyciu technik numerycznych uczeni wykazali, że w przypadku tym ma miejsce nowego rodzaju turbulencja. Zespół VISCELTURBFLOW i jego współpracownicy dowiedli, że w małych skalach zachodzi przekazywanie energii ze sprężystej energii polimeru do turbulentnej energii kinetycznej. Zjawisko to generuje turbulencję i uniemożliwia przepływowi stanie się w pełni laminarnym, co może potencjalnie wyjaśniać maksymalny limit ograniczenia oporu. Naukowcy szczegółowo przeanalizowali oddziaływania między niestabilnościami inercjalnymi i sprężystymi przy różnych liczbach Reynoldsa. Liczba Reynoldsa określa względny rozkład sił inercjalnych i sprężystych. Symulacje te pokazały, że dodawane polimery powodują opóźnienie przejścia z przepływu gładkiego i laminarnego do chaotycznego przepływu burzliwego. Jeżeli jednak do przepływu zostanie wprowadzona odpowiednio duża perturbacja, wysoka sprężystość zaczyna sprzyjać przejściu i prowadzi do samoczynnie utrzymującego się chaotycznego przepływu przy podkrytycznych wartościach liczby Reynoldsa. Ten nowy stan nazwano turbulencją sprężysto-inercjalną (EIT). Zespół VISCELTURBFLOW wykazał, że EIT występuje także w dwóch wymiarach. Uczeni zasugerowali, że EIT stanowi ostateczny stan maksymalnego zmniejszenia oporu przepływu w granicach bardzo wysokiej sprężystości. Wnioski z badań VISCELTURBFLOW zaprezentowano podczas kilku konferencji. Właściwości nowego typu turbulencji opisano w serii artykułów opublikowanych w prestiżowych czasopismach naukowych.
