Universiteit Twente

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