Turbulenzfreier Transport von Flüssigkeiten
Erhöhung der Turbulenzintensität stellt laminare Strömung her.
Für den Transport von Flüssigkeiten durch Rohrsysteme – zum Beispiel durch kilometerlange Öl-
Abb.: Entwicklung der Turbulenz in einem Rohr. Von oben nach unten: Die Intensität der Turbulenz wird zunächst gesteigert, dann kollabiert die Turbulenz und es erfolgt eine Rückkehr zur laminaren Strömung. (Bild: J. Kühnen et al. / NPG)
Flüssigkeitsströmungen sind in den Ingenieurwissenschaften und in der Natur allgegenwärtig. Diese jedoch exakt vorherzusagen, ist trotz jahrhundertelanger Forschung nach wie vor eine Herausforderung. Wenn Flüssigkeiten mit hoher Geschwindigkeit durch ein Rohr strömen, entstehen häufig Verwirbelungen. Diese sind die Hauptursache für Reibungsverluste, welche wiederum einen deutlich höheren Druck zur Aufrechterhaltung des gewünschten Durchflusses erforderlich machen. Um den damit verbundenen Energieverlust zu vermeiden, liegt das Hauptaugenmerk der Forscher auf der Reduzierung beziehungsweise dem vollständigen Ausschalten von Turbulenzen.
Generell gilt: Je weniger Verwirbelungen beim Transport einer Flüssigkeit durch ein Rohr entstehen, desto weniger Reibung wird erzeugt und folglich auch weniger Energie benötigt. Entgegen der allgemeinen Erwartung, dass stärkere Turbulenzen einen noch höheren Energieverlust bewirken, fand das Forschungsteam nun heraus, dass ein Erhöhen der Turbulenzintensität sehr schnell zu einem Kollaps der Turbulenzen und damit zur Rückkehr zu einer laminaren – also turbulenzfreien – Strömung führt. Diese vollständige Reduzierung von Verwirbelungen kann den erforderlichen Energieaufwand für den Flüssigkeitstransport um bis zu neunzig Prozent reduzieren. Avila und seinen Kollegen ist es gelungen, dieses Strömungsverhalten sowohl numerisch zu errechnen als auch experimentell nachzuweisen. Ein Patent wurde ebenfalls bereits erteilt.
ZARM / RK
