Vermengdynamiek

Vermengdynamiek is het vakgebied dat de processen beschrijft waardoor stoffen in een vloeistof of gas mengen. Belangrijke mechanismen zijn advektie (transport door stroming), diffusie (moleculaire menging) en turbulente menging. Ook chemische of biochemische reacties kunnen de verdeling van stoffen beïnvloeden. Het gedrag van concentraties wordt vaak beschreven met de advektie-diffusie-Reactie-vergelijking: ∂C/∂t + u·∇C = ∇·(D∇C) + R(C,t). Hierin is C de concentratie, u de stromingsvelociteit, D de diffusiviteit en R de reagerende term. In turbulente stromingen geldt een effectieve diffusie die groter is dan de moleculaire diffusie.

Vermengdynamiek onderscheidt conceptueel tussen laminaire en turbulente menging, tussen Lagrangiaanse beschouwingen (de beweging van deeltjes) en Euleriaanse beschouwingen (velden in ruimte en tijd). De verhouding tussen advektie en diffusie wordt vaak uitgedrukt met het Péclet-getal Pe = UL/D; voor reacties wordt vaak gesproken over Damköhler-getal Da en Schmidtgetal Sc. Complexe systemen vereisen numerieke simulaties (CFD), experimentele metingen (PIV, schlieren, fluorescerende tracers) en theoretische benaderingen zoals homogenisatietheorie.

Toepassingen zijn onder meer ontwerp van chemische reactiesystemen en mengers, modellering van verspreiding van verontreinigingen in water en lucht, en het begrijpen van mengprocessen in oceaan- en atmosfeer. Vermengdynamiek levert inzichten voor efficiënter mengen, minder verspilling en betere milieuprestaties.