Stukbrekende wervels

Achter vaste voorwerpen in een stroming van een gas of een vloeistof ontstaan wervels. Een veelbestudeerd geval in de stromingsleer is wervelvorming achter een cilinder. Dit geval geniet tegenwoordig weer veel belangstelling door de beschikbare geavanceerde meet- en rekentechnieken en vanwege het belang voor het begrijpen van het ontstaan van turbulentie. Een belangrijk getal voor het karakteriseren van stroming is het dimensieloze Reynoldsgetal. Dimensieloos betekent hier dat bijvoorbeeld stroming van lucht rond een obstakel geometrisch hetzelfde patroon oplevert als stroming van water rond een obstakel wanneer het Reynoldsgetal hetzelfde is. Achter een cilinder ontstaan bij een Reynoldsgetal van minder dan 50 twee stabiele wervels. Voor een Reynoldsgetal tussen 50 en 180 ontwikkelt zich een stabiele wervelstraat (de zogeheten von Karmán-wervelstraat), waarbij om en om wervels worden afgeschud. Voor een Reynoldsgetal groter dan 180 wordt de wervelverdeling driedimensionaal.

In mede door FOM gefinancierd onderzoek in de Vakgroep Energietechnologie aan de Technische Universiteit Eindhoven wordt onderzoek gedaan aan wervelvorming in drie dimensies. De relatie met energie is warmteoverdracht door wervelvorming beïnvloed wordt. Met geavanceerde meetmethoden worden in een speciale tank, waarin een verwarmde cilinder door een stilstaande vloeistof wordt getrokken, details van de wervelvorming zichtbaar gemaakt en gereconstrueerd. Daarin is te zien hoe de wervelstraat onstabiel wordt en uit elkaar valt. Eerst ontstaat er een secundaire structuur binnen een bovenwervel. Het tweedimensionale zog achter de cilinder gaat daar over in een driedimensionale stroming. De structuur ontsnapt vervolgens uit de bovenwervel en ontwikkelt zich tot een driedimensionale warmtepluim.