Onderzoeksproject P4/06 (Onderzoeksactie P4)
Dit netwerk is samengesteld uit 5 ploegen (ULB, ULg, UMH, UCL en VUB) en bestudeert
een grote waaier van onopgeloste instabiliteitsproblemen in de stromingsmechanica voor systemen die samengesteld zijn uit verscheidene onmengbare vloeistoffen in contact met vaste stoffen of gassen. Tevens zijn meerfasige stromingen gevormd door verscheidene componenten en de koppeling van verschillende transportprocessen, zoals warmte en massadiffusie, impulstransport, thermodiffusie en toestandsverandering (stolling, verdamping) eveneens van groot belang en worden ook behandeld.
Het eerste objectief van dit onderzoek is de modellering van zulke fenomenen te verbeteren, via een efficiënte combinatie van theoretische, numerieke en experimentele methoden. Voor de fundamentele aspecten zal er nadruk gelegd worden op de studie van instabiele fenomenen in onevenwichtige stromingssystemen die leiden tot complexe fenomenen zoals patroonvorming, trillingsverschijnselen en creatie van turbulentie. Hoofdzakelijk de ULB, ULg en UMH bestuderen deze stof in theorie, waarbij ze gebruikmaken van recente technieken geleverd door moderne hydrodynamische stabiliteitstheorieën. In parallel worden gesofisticeerde numerieke technieken ontworpen aan de VUB en de UCL en zodoende aangepast aan de hiervoor aangehaalde problemen. Aanvullend worden experimentele studies uitgevoerd in coöperatie tussen ULB en UMH. Naast de ground-based metingen worden ruimte-experimenten uitgevoerd binnen het kader van het microgravityprogramma van de European Space Agency om het storende effect van zwaartekracht en stromingen op het gedrag van raakvlakken of op de diffusietransportprocessen te doen verdwijnen.
Experimenten worden voorbereid voor ruimtemissies, zoals kristalgroei t.a.v. een dampfase of oppervlaktespanningveroorzakende instabiliteit. Bijzonder interessante tijdsafhankelijke fenomenen werden eveneens geobserveerd gedurende een ruimte-experiment in verband met oppervlaktespanningveroorzakende stromingen in systemen gevormd uit verschillende vloeistoflagen.
Een beter begrijpen van het gedrag van niet in evenwicht zijnde macroscopische systemen steunt op de correcte modellering van fenomenen die op kleinere schaal voorkomen (microscopisch en mesoscopisch). De beschrijving van interactiefenomenen wordt ondernomen, zowel op macroscopisch niveau (waar raakvlakken behandeld worden als scheidingsoppervlakken tussen verschillende media) als op mesoscopisch niveau (waar ze gezien worden als driedimensionale gebieden waar vloeistofsamenstelling of -dichtheid variëren op zeer korte afstanden). De theoretische en numerieke modellering van oppervlaktefenomenen bereikt op de ULB, de ULg, de UCL en de VUB maakt gebruik van de experimentele metingen van interface-eigenschappen en transportcoëfficiënten uitgevoerd door de ULB en de UMH. Thermodynamische middelen specifiek bestemd voor systemen voor toepassing van korte tijds- en lengteschalen (zoals raakvlakken) worden uitgewerkt door de ULg-groep.
Voorbeelden van experimentele ontwikkelingen houden onder meer in: stromingen met poreuze media of fractale netwerken voor dewelke experimenten en numerieke berekeningen uitgevoerd worden aan de ULB en de UMH. Sommige voorbeelden zijn veerkracht- veroorzakende filtraten, één- en tweefasige capillaire stromingen, verificatie van macroscopische wetten op basis van de modellering.
De spil van samenwerking tussen de ULB, ULg en UMH zal betrekking hebben op de modellering van massatransport van multicomponente niet-isotherme systemen, thermocapillaire stroming in poreuze media, instabiliteit in vloeistof-vloeistof interactie en in multilaagsystemen, modellering van turbulente interactiestromingen en de verklaring van specifieke patroonovergangen tussen hexagonale en vierkante convectiestructuren. Verder zijn er de resultaten verkregen aan de VUB die betrekking hebben op de macroscopische simulatie van een stroming door een poreus medium, de simulatie van niet-Newtoniaanse vloeistofstromingen en van natuurlijke convectiefenomenen en de modellering van transitie van stromingspatronen van een tweefasige stroming in een buis.
Een veelbelovend gebied van onderzoek, gezamenlijk ontwikkeld door de ULg, de UCL en de VUB, behandelt de numerieke modellering van turbulente stromingen die plaatsvinden in vloeistofoplossingen die stolling ondergaan.
Op lange termijn zou de samenwerking tussen de verschillende ploegen in het netwerk moeten leiden tot de opzet van algemene numerieke codes voor de simulatie van vloeistofinterfaces, alsook van fenomenen betreffende instabiliteit en faseverandering.
