ENGINEERINGNET.BE - Wanneer water bevriest, denken we vaak aan een voorspelbaar proces waarin ijslaagjes één voor één worden opgebouwd.
Maar wat gebeurt er als de vriesgrens onderweg kleine deeltjes of druppeltjes tegenkomt? Onderzoekers van Universiteit Twente onderzochten deze vraag en ontdekten dat druppeltjes het bevriezingsproces op een verrassende manier kunnen verstoren.
In hun nieuwe onderzoek laten Twentse wetenschappers zien dat druppels de vorming van de vriesgrens kunnen beïnvloeden.
Wetenschappers weten al langer dat vaste deeltjes, zoals stof, de vriesgrens kunnen vervormen door verschillen in warmtegeleiding tussen het deeltje en water.
Maar wanneer druppeltjes de vriesgrens bereiken, veroorzaken ze vervormingen die nog onbekend waren, en ook fundamenteel anders werken dan bij vaste deeltjes.
Het team ontdekte dat de interactie tussen de vriesgrens en een druppeltje complexe krachten oproept, die bekend staan als thermische Marangoni-krachten.
Simpel gezegd hangt de oppervlaktespanning van een druppel af van de temperatuur. Naarmate de vriesgrens dichterbij komt, verschilt de temperatuur aan de ene kant van de druppel van de andere kant.
Dit verschil in oppervlaktespanning veroorzaakt een kracht. Deze kracht, de thermische Marangoni-kracht, zet een stroming in gang, zowel binnen als buiten de druppel. De stroming buiten de druppel duwt warmer water richting de vriesgrens, waardoor het ijs zich van de druppel weg buigt.
Deze ontdekking opent nieuwe deuren voor processen waarbij het bevriezen van druppeltjes een rol speelt, zoals in cryopreservatie en voedselverwerking.
Onderzoeker Detlef Lohse van UTwente: “Onze bevindingen helpen ons beter te controleren of deeltjes onderdeel worden van een materiaal of juist worden weggedrukt tijdens het bevriezen.”
Door deze stromingsdynamiek beter te begrijpen, kunnen wetenschappers methoden ontwikkelen om processen waarbij gecontroleerd bevriezen essentieel is, efficiënter te maken.
Dit onderzoek is uitgevoerd in samenwerking met de Universiteit van Manchester.
