Turbulentie

Turbulentie is een toestand van stroming waarin de snelheid en andere eigenschappen van een vloeistof of gas op korte tijd- en ruimtelijke schalen sterk fluctueren. In turbulente stromingen bestaan chaotische draaiveldjes of eddies die zorgen voor snelle menging en transport van momentum, warmte en massa. Turbulente stroming is daarmee het tegenovergestelde van laminaire stroming, dat glad en voorspelbaar verloopt met stabiele stroomlijnen.

De overgang naar turbulentie wordt vaak beschreven met de Reynoldsgetal, Re = rho V L / mu. Bij hoge Re wordt een laminaire stroming hydrodynamisch instabiel en kan turbulentie ontstaan. In turbulente stromen stroomt energie van grotere naar kleinere schalen via een proces dat bekendstaat als de energiekaskade. In de theorie van Kolmogorov wordt de statistische structuur van de kleinste, dissipatieve schalen beschreven; de wisselwerking tussen verschillende schalen bepaalt hoe turbulentie zich ontwikkelt en verdwijnt.

Verschillende regimes en typen turbulentie bestaan. Homogeen isotrope turbulentie is een idealisering waarbij geen voorkeursrichting of locatie aanwezig is. Nabij muren ontstaat een turbulente grenslaag waarin wrijving met het oppervlak een belangrijke rol speelt. Transitie van laminariteit naar turbulentie kan optreden door veranderingen in snelheid, dichtheid of wrijving.

Toepassingen en metingen: turbulentie is cruciaal in meteorologie, aerodynamica, scheepsontwerp en procesindustrie vanwege zijn invloed op menging, warmteoverdracht en drukverliezen. Modellering gebeurt met experimentele metingen (bijv. hot-wire anemometrie, Particle Image Velocimetry) en computationele methods zoals DNS, Large Eddy Simulation (LES) en Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) benaderingen.