Wie können Flüssigkeiten reibungsloser transportiert werden?
Weniger Energiekosten: Neuartige Methode zum turbulenzfreien Transport von Flüssigkeiten durch Rohrsysteme
Für den Transport von Flüssigkeiten durch Rohrsysteme – zum Beispiel durch kilometerlange Öl-Pipelines - wird über ein Zehntel des globalen Stromverbrauchs aufgewendet. Marc Avila, Institutsdirektor des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen, ist Teil eines internationalen Forschungsteams, das nun eine Methode entwickelt hat, um Flüssigkeitsströmungen in Rohren zu optimieren. Ihre Erkenntnisse könnten dazu beitragen, die beim Transport entstandenen Energieverluste um bis zu 90 Prozent zu reduzieren.
Reduzierung der Turbulenzen
Flüssigkeitsströmungen sind in den Ingenieurwissenschaften und in der Natur allgegenwärtig. Diese jedoch exakt vorherzusagen, ist trotz jahrhundertelanger Forschung nach wie vor eine Herausforderung. Wenn Flüssigkeiten mit hoher Geschwindigkeit durch ein Rohr strömen, entstehen häufig Verwirbelungen. Diese sind die Hauptursache für Reibungsverluste, welche wiederum einen deutlich höheren Druck zur Aufrechterhaltung des gewünschten Durchflusses erforderlich machen. Um den damit verbundenen Energieverlust zu vermeiden, liegt das Hauptaugenmerk der Arbeit von Avila auf der Reduzierung beziehungsweise dem vollständigen Ausschalten von Turbulenzen.
Weniger Reibung – weniger Energie
Generell gilt: je weniger Verwirbelungen beim Transport einer Flüssigkeit durch ein Rohr entstehen, desto weniger Reibung wird erzeugt und folglich auch weniger Energie benötigt. Entgegen der allgemeinen Erwartung, dass stärkere Turbulenzen einen noch höheren Energieverlust bewirken, fand das Forschungsteam nun heraus, dass ein Erhöhen der Turbulenzintensität sehr schnell zu einem Kollaps der Turbulenzen und damit zur Rückkehr zu einer laminaren – also turbulenzfreien – Strömung führt. Diese vollständige Reduzierung von Verwirbelungen kann den erforderlichen Energieaufwand für den Flüssigkeitstransport um bis zu 90 Prozent reduzieren.
Avila und seinen Kollegen ist es gelungen, dieses Strömungsverhalten sowohl numerisch zu errechnen als auch experimentell nachzuweisen. Ein Patent wurde ebenfalls bereits erteilt.
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