ENGINEERINGNET.BE - “Zandribbels zijn heel regelmatig. Toch is het patroon op elke plek en moment weer anders", aldus promovendus Timo van Overveld van TU Eindhoven. "Door de golvende zee vormen zandkorrels patronen en past de bodem zich daarop aan."
"Door die zandribbels verandert de stroming van het water op haar beurt ook weer, en krijg je een ingewikkelde wisselwerking. Al decennia lang proberen onderzoekers in een model te vangen hoe zand en ander sediment zich langs de kust gedragen, maar door deze complexiteit is dat lastig.”
Van Overveld besloot daarom de gevormde patronen terug te brengen tot de allerkleinste schaal en bestudeerde wat de fundamentele interacties zijn tussen één of twee deeltjes en de stroming eromheen. In simulaties kon hij het gedrag van een enkel deeltje beschrijven, maar zag hij bij twee deeltjes een extra fenomeen.
“Dat komt door de oscillerende beweging: golven zorgen dat de stroming net boven de bodem heen en weer gaat, gemiddeld gezien blijven de deeltjes daardoor op hun plek. Maar achter de deeltjes vormt zich een wervel, waardoor een extra stroming ontstaat, de residustroming.”
Voor studies met meer dan honderd deeltjes zijn simulaties niet geschikt. Daarom gooide Van Overveld honderden knikkers in een schuddende, transparante waterbak, en maakte video’s van wat er gebeurde.
“In een paar seconden vormt zich een patroon. We hebben veel experimenten gedaan, waarbij we met alles varieerden. Grootte van de knikkers, aantallen, de frequentie en amplitude van het schudden.”
Zo ontstaan allerlei patronen, maar twee variaties voeren de boventoon: lange, dunne kettingen en bredere banden. “Alles draait om kleine werveltjes. In sommige condities zijn deze wervels groot genoeg zodat twee kettingen samensmelten tot een dikkere band, in andere condities kan dit niet. Dat heeft alles te maken met hydrodynamica.”
“We weten nu hoe we elk willekeurig patroon kunnen maken. Italiaanse onderzoekers hebben al mijn onderzoek gebruikt om een model te ontwikkelen dat sedimentverplaatsing voorspelt."
"Voor een meer industriële toepassing is het model ook te gebruiken om bijvoorbeeld de menging van chemische stoffen te verbeteren. We weten nu beter op welke manier je moet schudden voor een optimale menging."
"Ook onderzoeken we met de vakgroep Colloidal Soft Matter van TU Eindhoven of we interacties tussen nanodeeltjes op een vergelijkbare manier kunnen tunen, zodat we nieuwe structuren, materialen en materiaaleigenschappen kunnen ontwikkelen. Deeltjesdynamica brengt zo meerdere vakgebieden in beweging.”
