Een druppel die verdampt als hij omgeven wordt door bijvoorbeeld een gel, verandert in een bel van ongeveer dezelfde grootte. En de stroming langs een gekromd oppervlak dat glad is of voorzien van schuurpapier, leert ons meer over turbulentie onder verschillende omstandigheden. Twee heel verschillende onderwerpen uit de vloeistofdynamica komen samen als op vrijdag 15 januari Myrthe Bruning en Pieter Berghout, die een relatie hebben, allebei promoveren aan de Universiteit Twente. Het zijn ook nog eens de 99ste en de 100ste promotie in de groep Physics of Fluids.
Ze kennen elkaars werk zo goed dat de een bijna de verdediging van het proefschrift van de ander kan overnemen. Al zijn het twee heel verschillende deelgebieden van de vloeistoffysica. Myrthe Bruning en Pieter Berghout kregen een paar jaar geleden een liefdesrelatie, toen zij beiden al met hun promotieonderzoek bezig waren.
Koffievlek voorkomen
Het werk van Bruning gaat over druppels die verdampen en deeltjes bevatten. Die deeltjes kunnen bijvoorbeeld chemicaliën zijn die je wilt analyseren. Omdat dit zeer kleine hoeveelheden zijn, worden tegelijk ook kleine metaaldeeltjes toegevoegd die het signaal versterken. Dankzij de verdamping krijg je de benodigde ordening voor de analyse, is het vernieuwende idee. Toch is dit niet de praktijk: het bekende ‘koffievlek-effect’ laat zien dat de deeltjes niet homogeen zijn verdeeld, maar een ring vormen. Toevoeging van een beetje zout kan die ringvorming tegengaan, blijkt uit het onderzoek van Bruning. Zo is toch een gestructureerd en homogeen oppervlak te maken met een heel nieuw type ordening.
Van druppel naar bel
Maar bij het onderzoek naar een 3D druppel die helemaal omgeven is door bijvoorbeeld een gel, bleek nog iets anders op te treden: als de druppel verdampt, gaat de gel vervormen – door vouwen of creasing. De druppel vervormt daardoor ook en op een gegeven moment treedt er cavitatie op: omdat de druk zo verlaagd is in de druppel, vormt er zich razendsnel een bel. Die heeft vrijwel dezelfde afmetingen als de oorspronkelijke druppel. Zitten er deeltjes in de druppel, dan treedt het effect zelfs nog eerder op.
In de natuur is zoiets ook waar te nemen, bij varenplanten die van vorm veranderen tijdens verdamping. De ruimten waarin hun sporen zich bevinden, vervormen zodat ook hier cavitatie optreedt. De sporen worden dan echt gelanceerd.
Ruwheid en kromming
Berghout heeft onderzoek gedaan naar turbulente stroming. De groep heeft een geavanceerde ‘Taylor-Couette’ opstelling met een dubbele cilinder, waarin turbulentie kan worden opgewekt door de cilinders snel te laten draaien. Recent wisten zij aan te tonen dat het aanbrengen van een structuur van ribbels, op de cilinder, ertoe kan leiden dat de turbulentie in een ander 'regime' komt. Berghout wilde weten wat er gebeurt met een ongestructureerde ruwheid zoals een oppervlak met zand of schuurpapier. Er is al het nodige bekend over stroming in een pijp, ook met een ruwheid. Toch heeft Berghout eerst een stap terug gedaan: weten we wel genoeg over de stroming langs een gladde, gekromde wand? Dit was nodig om de verschillende effecten uiteen te rafelen. De kromming leidt tot turbulentie, de wrijving ook: wanneer domineert welk effect, en wat betekent dit voor de invloed van ruwheid op de turbulente stroming?
Turbulentie bij oplopende snelheid van de cilinders
Uiteindelijk biedt daardoor zijn onderzoek meer inzicht in de turbulente stroming, vooral aan de grenslaag van een gekromde wand. Ruwheid geeft meer fluctuaties en wervelingen, ook op grotere afstand van de wand. De weerstand die dit tot gevolg heeft, is nu beter te voorspellen.
De promoties van Myrthe Bruning en Pieter Berghout, de 99ste en 100ste promotie in de groep Physics of Fluids van prof. Detlef Lohse, vinden achtereenvolgens plaats op 15 januari, om 14h45 en 16h45. Vanwege de corona-beperkingen zijn beide academische plechtigheden volledig online.
Myrthe Bruning (Arnhem, 1993) promoveert op het proefschrift ‘Confined and colloidal droplets’, terwijl haar levenspartner Pieter Berghout (Gouda, 1992) promoveert op het proefschrift ‘Wall-bounded turbulence with streamwise curvature’. Bruning werkt inmiddels als beleidsmedewerker bij het Ministerie van VWS, Berghout als onderzoeker bij chipmachinefabrikant ASML.
