Blote-oogfysica

r.ir. Guus Stelling (Civiele Techniek, vloeistofmechanica)

Tussenstand: nog anderhalf jaar te gaan

(Foto: Hans Stakelbeek/FMAX)

“Ik onderzoek grootschalige turbulentie in ondiep water, vooral in rivieren. Rondom obstakels als kribben, strekdammen of brugpijlers stroomt het water niet netjes rechtdoor, maar ontstaan ‘vreemde’ stromingen, of turbulentie. De soms sterke lokale stroming is hinderlijk voor scheepvaart en leidt tot erosie en aanzanding op plaatsen waar dat niet gewenst is. Ik wil met behulp van experimenten en een computermodel deze stromingen beter beschrijven dan mogelijk is met bestaande modellen. De kennis kan bijvoorbeeld gebruikt worden om de vorm van strekdammen zó aan te passen, dat een gunstiger turbulentieontwikkeling ontstaat.

De meeste experimenten heb ik inmiddels uitgevoerd. Hiervoor heb ik gebruik gemaakt van een proefopstelling van twintig bij twee meter, waar tien centimeter water in staat. In die proefopstelling heb ik een versmalling aangebracht, die ik steeds varieerde. Met behulp van particle image velocimetry (PIV) heb ik de beweging van het water achter de versmalling in kaart gebracht. Bij deze techniek maakt een digitale camera zeer snel achter elkaar foto’s van het wateroppervlak, waarop korrels drijven die de beweging zichtbaar maken. De computer correleert deze foto’s, om zo vectorvelden te construeren. Dat geeft een zeer gedetailleerd beeld van de stroming. PIV wordt voor allerlei toepassingen gebruikt, veelal op veel kleinere schaal dan ik doe. Laatst zei iemand op een congres verbaasd: “Jouw PIV-korrels zijn groter dan mijn hele proefopstelling!”

Ik vond het niet makkelijk om die experimenten te doen, want ik ben toch meer een wiskundige en een computerprogrammeur. Maar het was wel een uitdaging. En wat ik er zo charmant aan vind is dat je, in tegenstelling tot bijvoorbeeld elektrotechniek, kunt zien wat er gebeurt. Het is echt ‘blote-oogfysica’.

De gegevens uit de experimenten gebruik ik om mijn computersimulaties mee te testen. 90 Procent van mijn tijd bestaat momenteel uit fouten zoeken en ‘debuggen’ en de overige 10 procent sta ik stijf van de adrenaline naar de uitkomsten te kijken. Er zijn veel mensen bezig met soortgelijk onderzoek, en zij gebruiken heel verschillende computermodellen. Met mijn model en inzichten over turbulentie bij obstakels in ondiep water hoop ik een bijdrage te kunnen leveren aan het totaal. Maar ja, turbulentie is een chaotisch verschijnsel, waarbij bewegingen op heel kleine en grote schaal met elkaar interacteren. Omdat computers een eindige capaciteit en een eindige rekensnelheid hebben, kun je niet alles modelleren. Zo blijft turbulentie, ondanks vooruitgaande kennis, toch een beetje koffiedik kijken.” (MM)

Naam: ir. Harmen Talstra

Nationaliteit: Nederlandse

Onderwerp: Turbulentieontwikkeling rondom obstakels in ondiep water

Promotor: Prof.dr.ir. Guus Stelling (Civiele Techniek, vloeistofmechanica)

Tussenstand: nog anderhalf jaar te gaan

(Foto: Hans Stakelbeek/FMAX)

“Ik onderzoek grootschalige turbulentie in ondiep water, vooral in rivieren. Rondom obstakels als kribben, strekdammen of brugpijlers stroomt het water niet netjes rechtdoor, maar ontstaan ‘vreemde’ stromingen, of turbulentie. De soms sterke lokale stroming is hinderlijk voor scheepvaart en leidt tot erosie en aanzanding op plaatsen waar dat niet gewenst is. Ik wil met behulp van experimenten en een computermodel deze stromingen beter beschrijven dan mogelijk is met bestaande modellen. De kennis kan bijvoorbeeld gebruikt worden om de vorm van strekdammen zó aan te passen, dat een gunstiger turbulentieontwikkeling ontstaat.

De meeste experimenten heb ik inmiddels uitgevoerd. Hiervoor heb ik gebruik gemaakt van een proefopstelling van twintig bij twee meter, waar tien centimeter water in staat. In die proefopstelling heb ik een versmalling aangebracht, die ik steeds varieerde. Met behulp van particle image velocimetry (PIV) heb ik de beweging van het water achter de versmalling in kaart gebracht. Bij deze techniek maakt een digitale camera zeer snel achter elkaar foto’s van het wateroppervlak, waarop korrels drijven die de beweging zichtbaar maken. De computer correleert deze foto’s, om zo vectorvelden te construeren. Dat geeft een zeer gedetailleerd beeld van de stroming. PIV wordt voor allerlei toepassingen gebruikt, veelal op veel kleinere schaal dan ik doe. Laatst zei iemand op een congres verbaasd: “Jouw PIV-korrels zijn groter dan mijn hele proefopstelling!”

Ik vond het niet makkelijk om die experimenten te doen, want ik ben toch meer een wiskundige en een computerprogrammeur. Maar het was wel een uitdaging. En wat ik er zo charmant aan vind is dat je, in tegenstelling tot bijvoorbeeld elektrotechniek, kunt zien wat er gebeurt. Het is echt ‘blote-oogfysica’.

De gegevens uit de experimenten gebruik ik om mijn computersimulaties mee te testen. 90 Procent van mijn tijd bestaat momenteel uit fouten zoeken en ‘debuggen’ en de overige 10 procent sta ik stijf van de adrenaline naar de uitkomsten te kijken. Er zijn veel mensen bezig met soortgelijk onderzoek, en zij gebruiken heel verschillende computermodellen. Met mijn model en inzichten over turbulentie bij obstakels in ondiep water hoop ik een bijdrage te kunnen leveren aan het totaal. Maar ja, turbulentie is een chaotisch verschijnsel, waarbij bewegingen op heel kleine en grote schaal met elkaar interacteren. Omdat computers een eindige capaciteit en een eindige rekensnelheid hebben, kun je niet alles modelleren. Zo blijft turbulentie, ondanks vooruitgaande kennis, toch een beetje koffiedik kijken.” (MM)