Turbulente stroming in leidingen bij een hoog Reynoldsgetal

Stroming in grote leidingen met hoge snelheid en met lage viscositeit (oftewel omstandigheden met een ‘hoog Reynoldsgetal’) is alomtegenwoordig in de industrie en wordt steeds meer algemeen in andere sectoren. Denk aan drinkwatertransportleidingen, riooltransport en transport van petrochemische stoffen. Hoewel het verband tussen de wandwrijving en het Reynoldsgetal voor bepaalde waarden van de wandruwheid al bekend waren in 1939, worden vooral de wrijving in het overgangsregime tussen hydraulisch gladde en hydraulisch ruwe wanden en de wrijving (of drukval) voor zeer ruwe wanden (zoals bij gegolfde buizen voor vloeibaar aardgas) nog niet goed begrepen.

Recent onderzoek naar stroming in een commerciële, stalen buis laat zien dat er niet één schaal voor de ruwheid van de pijpwand is, maar twee verschillende ruwheidsschalen. De afwezigheid van nauwkeurige modellen leidt tot een grote onzekerheid voor de schattingen van de drukval voor hydraulische berekeningen. Voor de eerder genoemde stalen buis was de drukval ten minste 13% lager in het volledig ruwe systeem dan wanneer deze op de conventionele manier werd berekend.

Technologie

Er bestaan verschillende methodes om de stroomsnelheid te meten, bijvoorbeeld met (kleine) hot wire probes of door middel van het optisch (met een camera) volgen van kleine volgdeeltjes in de stroming, dit heet Particle Image Velocimetry (PIV).

Omdat bij hoge stroomsnelheden (of hoge Reynoldsgetallen) de ruimtelijke variaties in het stroomprofiel over de diameter van de buis binnen een zeer klein gebiedje zeer veel kunnen veranderen willen wij een variant van de PIV-meettechniek ontwikkelen waarbij we het stroomprofiel plus de tijdsafhankelijke turbulente fluctuaties met een zeer hoge ruimtelijke resolutie kunnen meten.

Uitdaging

Concreet gaan we de PIV-postprocessingsmethode voor metingen met zeer hoge ruimtelijke resolutie ontwikkelen met behulp van testdata en daarna toepassen op de stroming in een buis met een hoog Reynoldsgetal.

Oplossing

Het beoogde resultaat is dat de meetmethode ontwikkeld is en we ‘meetmethodetechnisch’ klaar zijn om in de toekomst de methode toe te passen voor stromingen in leidingen bij extreem hoge Reynoldsgetallen. Bijvoorbeeld om in projecten, waar weinig volgdeeltjes kunnen worden toegevoegd, toch tot redelijk hoge ruimtelijke resolutie het snelheidsveld en de tijdsafhankelijke fluctuaties te kunnen meten.