Mælk, der røres i kaffen, vand der løber ud af et badekar eller røg, der stiger op fra en flamme. Vi har alle stiftet bekendtskab med turbulente strømninger, men den præcise beskrivelse af, hvad der rent fysisk sker, ikke mindst når strømningerne brydes og ikke længere opfører sig ’perfekt’, findes ikke. Det er en af den klassiske fysiks uløste problemer, som forskere på DTU nu er kommet lidt nærmere at løse.
”Vi har hidtil ikke kunnet beskrive, hvordan turbulensen opfører sig, når der bliver skabt uligevægt, eksempelvis når hastigheden øges i rum eller tid. Uligevægtsturbulens er en af de mest forekommende typer af turbulens i naturen og i industrien,” siger lektor Clara Velte.
”Samtidig er det de mest problematiske strømninger og dem, vi mangler mest viden om. Den viden, har jeg gennem hele min karriere været opsat på at tilvejebringe og er glad for, at vi nu har kunnet fastlægge den teoretiske ramme og de eksperimentelle faciliteter, der skal hjælpe os til at opnå den ønskede viden.”
Det næste skridt bliver at indsamle de nødvendige data fra praktiske forsøg med turbulens, som kan underbygge og fuldende teorien. Det kommer til at ske i et nyt avanceret turbulenslaboratorium, som Clara Velte har skaffet fondsmidler til at opbygge, og som netop er blevet indviet på DTU. Sammen med det teoretiske framework vil gruppen med måledataene kunne formulere semi-empiriske løsninger til de styrende ligninger for turbulente strømninger.
Virksomheder står på spring
De indsamlede data fra laboratoriemålingerne skal kobles sammen med den teoretiske ramme. Det giver mulighed for at udarbejde forbedrerede analytiske og numeriske modeller for turbulens i varierende grad af uligevægt. Modellerne tager udgangspunkt i turbulensens fysik og anvendes typisk til at forudsige dens dynamik under forskellige betingelser. Da forekomsten af fx dråber og partikler også i høj grad kan påvirke turbulensen, har et naturligt næste skridt for gruppen været at udvikle teori til bedre at forstå dynamikken mellem partikler eller dråber og den omgivende turbulens.
”Den viden er mange virksomheder interesseret i. Vi har allerede samarbejde med virksomheder, der udvikler motorer, hvor brændstoffet sprøjtes ind med høj hastighed og derfor er interesseret i et øget kendskab til turbulens i den forbindelse. Andre samarbejder er med virksomheder, der producerer spraytørrere til anvendelse i bl.a. fødevarevirksomheder, der tørrer væsker som fx mælk til pulver, siger Clara Velte.
Også i helt andre brancher vil den nye viden om turbulens være relevant. Det kan være medicinalvirksomheder, der gerne vil kende turbulensen i den blanding af luft og dråber, som indgår i en næsespray. Eller vindmølleproducenter, der gerne vil øge kendskabet til den turbulens, der skabes af vindmøllevingernes snurren.
Machine learning er oplagt
Clara Velte og hendes forskergruppe glæder sig til at anvende det nye laboratorium til at gennemføre målinger og indhente de data, der skal øge vores viden om turbulens. Samtidig er de på udkig efter kollegaer med relevant ekspertise inden for machine learning.
”Vi har de perfekte data. De er af høj kvalitet og unikt velkalibreret mod graden af uligevægt i turbulensen, hvilket er den centrale parameter at undersøge. Så det vil være oplagt at udnytte kunstig intelligens til at øge vores viden og mulighed for matematisk modellering af turbulens yderligere,” siger Clara Velte.
Det nye turbulenslaboratorium blev indviet i slutningen af september 2022 og er blevet til på grundlag af bevillinger til Clara Velte fra Det Europæiske Forskningsråd, ERC og Poul Due Jensens Fond.
