Je leest:

Bubbels smeren alleen gladde scheepswanden

Bubbels smeren alleen gladde scheepswanden

Een stroom luchtbelletjes langs een scheepswand kan de waterweerstand met de helft terugdringen – maar alleen als de wand overal schoon en glad is. Ruwe plekken van algenaangroei en roest verstoren het bubbeleffect, ontdekten onderzoekers van de Stichting FOM en Universiteit Twente. In de praktijk is zomaar een bubbelschild toevoegen daarom weggegooid geld, schrijft het team in de Physical Review Letters.

Een kleine hoeveelheid belletjes in een wervelende stroming kan de weerstand van een scheepswand. Dit is voor de scheepvaart van groot belang. Een schip met een ruwe wand verbruikt tot twintig keer zoveel energie – en dus brandstof – als een schip met schone, gladde wanden. Als er ook nog eens luchtbellen langs de gladde wand stromen, is er nog eens 50% extra energiebesparing te halen.

Tot nu toe was het smeereffect van luchtbellen alleen in ‘ideale’ laboratoriumomstandigheden getest, met gladde wanden. Omdat scheepswanden in de praktijk altijd wel ergens een ruwe plek hebben, wilden hoofdonderzoeker Ramon van den Berg, student Dennis van Gils en hoogleraar Detlef Lohse (UT) weten of het bellenschild ook een ruwe wand soepel door het water leidt.

Scheepswanden groeien gedurende hun vaartijd vol met schaaldieren, algen en andere ‘ruwheden’. Hierdoor neemt de weerstand en daarmee de benodigde energie om die te overwinnen niet alleen toe, ook een eventueel weerstandsverminderd effect zoals belletjes helpt niet meer. bron: Australian Quarantine and Inspection Service.

Draaiende cilinders

Het team van de Universiteit Twente experimenteerden met bellen in een turbulente stroming. Hun opstelling was een geleend Taylor-Couettesysteem, beschikbaar was gesteld door professor Dan Lathrop (Universiteit van Maryland, VS). Zo’n opstelling bestaat uit twee cilinders: in een stilstaande buitenste cilinder draait een binnencilinder door de vloeistof tussen de twee. Het grote voordeel van deze opstelling ten opzichte van meer gebruikelijke opstellingen voor onderzoek naar turbulentie is het feit dat het een gesloten opstelling betreft.

De onderzoekers gebruikten het zogeheten Taylor-Couettesysteem. Het systeem bestaat uit een stilstaande buitenste cilinder met daarin een draaiende cilinder. Tussen de twee cilinders zit een vloeistof en de binnenste cilinder draait met een in te stellen snelheid om zijn as. De onderzoekers meten de kracht op de binnenste cilinder. Die torsie is een maat voor de weerstand die de vloeistof uitoefent op de binnenste cilinder. Hier zijn de wervelpatronen die in zo’n Taylor-Couette-opstelling ontstaan zichtbaar gemaakt. bron: Universiteit Saarland. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Om fatsoenlijk te testen hoe bellen, gladde en ruwe wanden op elkaar reageren, pasten Van den Berg en zijn collega’s hun opstelling steeds aan. Via acht injectienaalden onderin de opstelling konden ze luchtbelletjes in de vloeistof spuiten. Door de hoge stroomsnelheid in het apparaat hadden die maar een doorsnede van één millimeter. Samen met de gladde cilinderwanden leverde dat een flinke weerstandsverlaging op.

Toen de onderzoekers perspex strips op de binnen- en buitencilinder schroefden, liep de weerstand sterk op. Inspuiten van luchtbellen bleek geen enkel effect te hebben op de wrijving. Wil weerstandsvermindering met behulp van luchtbelleninjectie toepassing vinden in de scheepspraktijk, dan zal eerst het probleem van aangekoekte wanden opgelost moeten worden. Dat zou bijvoorbeeld kunnen door het aanbrengen van de juiste coatings.

Literatuur

Bubbly turbulent drag reduction in a boundary layer effect, door Thomas H. van den Berg, Dennis P.M. van Gils, Daniel P.Lathrop en Detlef Lohse. Het verschijnt in Physical Review Letters op 21 februari 2007 on-line en op 23 februari 2007 in druk.

Dit artikel is een publicatie van Stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM).
© Stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 20 februari 2007

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink Agenda

NEMO Kennislink vertoont op deze plaats normaal gesproken wetenschappelijke activiteiten uit heel Nederland. Door de maatregelen tegen het nieuwe coronavirus zal daarvan een groot gedeelte worden afgelast. Omdat we geen achterhaalde informatie willen verspreiden, laten we voorlopig geen activiteiten zien.
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.