Turbulentie in de onderzeeër

Onderzoekers volgen de wetten van turbulente convectie

Professor Guenter Ahlers opent de deur naar de zogenaamde Gttinger-onderzeeër. MPIDS
voorlezen

Een stalen tank van ongeveer tien ton, hoge druk, zwaar gas en een temperatuurgradiënt van 40 graden - de zogenaamde "Göttingen-onderzeeër" is voor onderzoekers een echt Wunderkessel. Omdat ze in de enige pilootfabriek ter wereld, die binnenkort operationeel zal zijn, onder gecontroleerde omstandigheden turbulenties kunnen produceren die anders alleen in de aarde of in sterren worden gevonden. De wetenschappers willen de wetten detecteren die aan de turbulente convectie ten grondslag liggen.

Leider van het experiment in de nieuwe experimentele hal van het Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organisation is professor Guenter Ahlers van de Universiteit van Californië in Santa Barbara, die momenteel Göttingen bezoekt. Hij werd geboren in Bremen en begeleidt de opzet van het experiment ter plaatse. Vervolgens beheert hij de experimenten zelf later vanuit zijn huis in Californië - via internet, eenvoudig door met de muis te klikken.

"Turbulente stromingen vinden plaats waar er een sterk temperatuurverschil is", legt Ahlers uit. "Dat is het geval in een pot kokend water, " voegt hij eraan toe. Er is nog meer turbulentie in de natuur, bijvoorbeeld in de zon, in wolken, in de oceanen - en in het binnenste van de aarde. Er stijgt 4000 graden heet vloeibaar ijzer vanaf 4000 kilometer diepte, terwijl de koeler naar de bodem zakt.

Gewelddadige turbulenties

Dit proces, dat wetenschappers convectie noemen, leidt tot gewelddadige turbulenties. Welke fysische wetten deze wervelingen beschrijven, is nog onduidelijk.

Aan de Universiteit van Californië probeert Ahlers deze vraag te beantwoorden. In het laboratorium creëert hij met behulp van grote verwarmingsplaten een vergelijkbare structuur als in het binnenste van de aarde. Het Göttingen-experiment, dat de onderzoekers een onderzeeër noemen vanwege zijn eigenzinnige vorm, maakt het nu mogelijk een stap verder te gaan. Omdat hier veel meer turbulente stromingen mogelijk zijn. tonen

Het hart van de onderzeeër is een cilinder van plexiglas van ongeveer twee meter hoog, met een diameter van ongeveer een meter. Verwarmingsplaten zorgen voor een constant temperatuurverschil van 40 graden tussen het boven- en ondereinde.

Hoge snelheidscamera's in de cilinder

"De beslissende factor is het gas waarmee de cilinder is gevuld", legt Ahlers uit. Omdat het extreem inerte zwavelhexafluoride vijf keer zo zwaar is bij atmosferische druk als lucht. "Met dit gas en bij hoge druk kunnen we turbulentie genereren in de kleinste ruimtes, die zich over honderden meters in de natuur uitstrekken", legt professor Eberhard Bodenschatz van het Max Planck Instituut voor Dynamiek en Zelforganisatie uit.

Om de onderzoekers in staat te stellen de warmteoverdracht en de turbulente stromingen in hun onderzeeër te bestuderen, willen ze de cilinder onder andere voorzien van hogesnelheidscamera's. Met 50.000 beelden per seconde volgen de camera's vervolgens de stroom van kleine stofdeeltjes onderweg. Op deze manier hoopt het Duits-Amerikaanse onderzoeksteam de wetten te vinden die aan turbulente convectie ten grondslag liggen.

(idw - Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organisation, 25.06.2008 - DLO)