Gli scienziati hanno ipotizzato che una volta che il flusso di un fluido è diventato turbolento, la turbolenza persisterebbe. Ricercatori presso l'Istituto di scienza e tecnologia Austria (IST Austria), tra cui il professor Björn Hof e i co-primi autori Jakob Kühnen e Baofang Song, hanno ora dimostrato che non è così. Nei loro esperimenti, che hanno pubblicato in Fisica della natura , hanno destabilizzato la turbolenza in un tubo in modo che il flusso si trasformasse in uno stato laminare (non turbolento), ed essi osservarono che il flusso rimase in seguito laminare. L'eliminazione della turbolenza può far risparmiare fino al 95% dell'energia necessaria per pompare un fluido attraverso un tubo.

La quantità di energia utilizzata dall'industria per pompare fluidi attraverso i tubi è considerevole e corrisponde a circa il 10% del consumo globale di elettricità. Non sorprende quindi che i ricercatori di tutto il mondo stiano cercando modi per ridurre questi costi. La maggior parte di queste perdite di energia è causata dalla turbolenza, un fenomeno che porta ad un drastico aumento della resistenza per attrito, richiede molta più energia per pompare il fluido. Gli approcci precedenti hanno mirato a ridurre localmente i livelli di turbolenza. Ora, il gruppo di ricerca di Björn Hof presso IST Austria ha adottato un approccio completamente nuovo, affrontare il problema da un altro lato. Invece di indebolire temporaneamente la turbolenza, hanno destabilizzato la turbolenza esistente in modo che il flusso diventasse automaticamente laminare.

In un cosiddetto flusso laminare, un fluido scorre in strati paralleli che non si mescolano. L'opposto di questo è un flusso turbolento, che è caratterizzato da vortici e cambiamenti caotici di pressione e velocità all'interno del fluido. La maggior parte dei flussi che possiamo osservare in natura e in ingegneria sono turbolenti, dal fumo di una candela spenta al flusso di sangue nel ventricolo sinistro del nostro cuore. nei tubi, entrambi i flussi laminari e turbolenti possono, in linea di principio, esistere ed essere stabile, ma un piccolo disturbo può rendere turbolento un flusso laminare. Finora si presumeva che la turbolenza nei tubi fosse stabile, e gli sforzi per risparmiare sui costi energetici si sono quindi concentrati solo sulla riduzione della sua grandezza ma non per estinguerla completamente. Nella loro dimostrazione di principio, Björn Hof e il suo gruppo hanno ora dimostrato che questa supposizione era sbagliata, e che un flusso turbolento può, infatti, trasformarsi in laminare. Successivamente il flusso rimane laminare a meno che non venga nuovamente disturbato.

"Nessuno sapeva che era possibile eliminare la turbolenza in pratica. Ora abbiamo dimostrato che è possibile farlo. Questo apre nuove possibilità per sviluppare applicazioni per condotte, " spiega Jakob Kühnen.

Il segreto sta nel profilo di velocità, cioè., nella variazione della velocità del flusso quando si osservano diverse posizioni nella sezione trasversale del tubo. Il flusso è più veloce al centro del tubo mentre è molto più lento vicino alle pareti. Inserendo rotori nel flusso che riducessero la differenza tra il fluido al centro e quello vicino alla parete, i ricercatori sono riusciti a ottenere un profilo "più piatto". Per tali profili di flusso, i processi che sostengono e creano vortici turbolenti falliscono e il fluido torna gradualmente a moto laminare liscio ed è rimasto laminare fino a raggiungere la fine del tubo. Un altro modo per ottenere il profilo di velocità piatto era iniettare liquido dalla parete. Un'altra implementazione dell'idea di un profilo di velocità piatto era una parte mobile del tubo:spostando rapidamente le pareti su un tratto del tubo, hanno inoltre ottenuto lo stesso profilo piatto che ripristinava il flusso laminare.

Il gruppo ha già registrato due brevetti per la loro scoperta. Però, trasformare questo esperimento di prova del concetto in un sistema che può essere utilizzato in veri oleodotti o oleodotti in tutto il mondo richiederà ulteriori sforzi nello sviluppo. Finora, il concetto è stato dimostrato per velocità relativamente piccole, ma per l'uso in condutture, sarà necessaria un'applicazione che funzioni a velocità maggiore. Nelle simulazioni al computer, però, il profilo di velocità piatto ha sempre portato ad un'efficace eliminazione delle turbolenze, che è molto promettente per sviluppi futuri.

"Nelle simulazioni al computer, abbiamo testato l'impatto del profilo di velocità piatto per numeri di Reynolds fino a 100.000, e ha funzionato assolutamente ovunque. Il prossimo passo è ora farlo funzionare anche per alte velocità negli esperimenti, "dice Björn Hof.