Foto: Jakopo Canton Text: Maria Åslund

FORSKNING: Nya upptäckter om turbulens i böjda rör

FORSKNING

Jacopo Canton, Zürich, har i en doktorsavhandling kommit närmare förståelsen av den brytpunkt där ett stabilt flöde i ett böjt rör övergår till att bli turbulent.

Forskningen har han bedrivit vid KTH i Stockholm och fick 2017 doktorandpris för sina rön av Svenska Nationalkommittén för mekanik. Sedan mitten av 2018 forskar Jacopo Canton vid ETH i Zürich. 

Varför är det viktigt att känna till vid vilken punkt rörets form skapar turbulens i en gas eller i en vätska?
– Det finns två anledningar. En är den teoretiska aspekten – vi förstår ännu inte varför ett flöde blir turbulent och vill få en generell förklaring. – Den andra anledningen är praktisk. Flödet beter sig annorlunda om det är turbulent eller inte. Till exempel behövs det mer kraft att pumpa om den är turbulent och då kanske man vill hålla flödet stabilt. Å andra sidan: Om man är intresserad av att blanda vätskor är det en fördel om flödet är turbulent. Det kan handla om två olika vätskor eller olika temperaturer,som till exempel kallt vatten i ett helixformat (spiralformat) rör inuti en varmvattenberedare. I det senare fallet är det en fördel om vattnet är turbulent, då blandas det bättre och det går åt mindre energi för att få rätt temperatur. – När man i ett böjt rör känner till punkten där ett flöde övergår från stabilt till turbulent kan man bestämma hur flödet ska bete sig, genom att använda pumpen. Om man böjer röret ytterligare blir flödet fortare turbulent ju snävare kurvan är.

Om vi pratar om rör i byggnader och i industrin: Vilka effekter har turbulens på rören och omgivningen?
– Det finns ett fenomen, virvelväxling, som kan få rören att vibrera och orsaka materialutmattning. Om man vet hur fenomenet uppstår till följd av formen på rören och vätskans hastighet kan man designa rören för att undvika virvelväxlingen. – Det här är inget stort problem i byggnader. Däremot i flygplan och båtar, där rören är tunnare eftersom man vill hålla nere vikten, är det ett desto större bekymmer.

Hur genomfördes studien?
– Den bygger helt och hållet på simuleringar. Vi hade tänkt göra experiment också, men avstod då en österrikisk forskargrupp precis hade gjort samma som vi avsåg att göra. Resultatet därifrån stämde för övrigt väldigt bra med våra simuleringar. – Det finns fyra, fem tidigare studier på området, men de hade alla olika lösningar och nådde inte riktigt fram. Vi kunde sammanställa deras resultat och nå en större förståelse av vad den tidigare  forskningen fallit på och vad som orsakar virvelväxlingen.