Strömning och värmeöverföring är väsentliga processer i nästan all energiomvandling. Hög kompetens inom dessa områden är speciellt viktiga för kraftföretag för att säkerställa en säker och effektiv energiproduktion. Mitt arbete med strömningsteknisk problemanalys och problemlösning inom kraftindustrin har spänt över breda områden, varvid både experimentella och numeriska metoder kommit till användning. Den komplexitet som verkliga industriella strömningsproblem ofta har (och den mycket begränsade tid som vanligen är tillgänglig för att lösa problemen), innebär att fysiska modellförsök och annat experimentellt arbete spelar en viktig roll.
En viktig klass av industriella strömningsproblem är strömningsinducerade materialproblem, där materialskador uppstår pp grund av strömningens inverkan. Exempel är strömningsinducerade vibrationer, kavitation, erosion och termisk utmattning. Många av dessa skador orsakas av att det förekommer fluktuationer i hastighet, tryck, temperatur eller koncentration i det strömmande mediet, dvs strömningen är turbulent och/eller instationär och ger upphov till fluktuerande krafter. Det är därför viktigt att kunna mäta fluktuerande storheter i turbulent strömning, och utveckling och tillämpning av sådana metoder på industriella strömningsproblem har varit en viktig del av mitt arbete under flera år.
Speciellt intresse har jag ägnat åt detaljerad hastighetsmätning med Laser-Doppler-Velocimetri (LDV), där man utnyttjar laserljus och Doppler-effekten för att störningsfritt mäta strömningshastigheter. Metoden har stora fördelar gentemot konventionell teknik med sonder och används både vid industriella strömningslaboratorier och i mer grundläggande akademisk forskning.
En viktig lärdom från verksamheten med strömningsteknisk problemanalys och problemlösning är att bakom de flesta industriella strömningsproblem finns det mer grundläggande, generiska problem som lämpar sig väl som forskningsuppgifter inom högskolan. Den erfarenhet som jag har från både industriell och akademisk strömningsverksamhet kommer väl till pass i verksamheten på Chalmers, och speciellt inom det nya Turbulence Research Laboratory , av vilket jag är en del.
En relevant fråga idag är: finns det fortfarande behov av experimentell verksamhet inom strömningsmekaniken med de snabba framsteg som görs inom datoriserade strömningsberäkningar (Computational Fluid Dynamics, CFD), där CFD redan idag används som ett verktyg för parameterstudier och i stor utsträckning ersätter modellförsök? Svaret är ett obetingat: Ja! Numerisk lösning av strömningens grundekvationer för turbulenta strömningar innehåller alltid förenklingar, ofta i den grundläggande fysiken. Experiment behövs fortfarande, nu kanske mer än tidigare. Utvecklingen inom CFD har emellertid medfört att experimentets roll i den strömningstekniska utvecklingen förändrats. Istället för parameterstudier fokuseras experimentverksamheten på att både validera och utveckla nya modeller. Samtidigt som beräkningstekniken utvecklats har det skett och sker fortfarande en mycket snabb utveckling på den mättekniska sidan, framförallt av laserbaserade mätmetoder. En del av denna utveckling har kommit till stånd tack vare datorteknikens utveckling som möjliggör snabb hantering av stora datamängder. Således kan man idag mäta storheter som tidigare var omöjliga att mäta, med en hittills okänd upplösning och detaljrikedom, i miljöer som det tidigare var omöjligt att mäta i överhuvudtaget.
Experiment behövs fortfarande inom flera områden, helt enkelt därför att de tillför information som annars vore omöjlig att erhålla, t ex inom turbulensforskningen. För utveckling av förbättrad förståelse för fysiken och vidareutveckling av turbulensmodeller samt som testfall för validering av nya modeller krävs således fortfarande experiment. Av sådana experiment, ofta i förenklade geometrier, måste man kräva att de är väldefinierade, kompletta och mycket detaljerade, att mätningarna har hög (eller åtminstone känd) noggrannhet, och att randvillkoren är fullständigt kända. Man kan kanske säga: färre experiment men bättre kvalitet, eftersom syftet med försöket är ett annat idag. Ett annat område där experiment är ovärderliga är för studier av nya fenomen, i besvärliga miljöer och komplicerade processer såsom i elektrokemiska celler eller vid förbränning, där många konventionella mättekniker inte kan användas överhuvudtaget. Man ska emellertid inte se experiment och beräkningar som rivaliserande angreppssätt där det ena utesluter det andra. I själva verket är de kompletterande arbetssätt som understödjer varandra och tillsammans bidrar till både snabbare utvecklingsprocess och större säkerhet i resultaten.
Turbulence is the outstanding difficulty of our subject. (Fritt citerat från professor Peter Bradshaw, Stanford, om problem inom strömningsmekaniken). De flesta strömningar i naturen och i industriella processer är turbulenta, och vår begränsade förståelse av turbulens utgör ett hinder för fortsatt utveckling av vår välfärd. Min egen verksamhet inom området turbulens började på Chalmers under tiden som doktorand och har fortsatt med både tillämpade och mer grundläggande studier inom Vattenfall respektive Kungliga Tekniska Högskolan, KTH, och fascinationen och intresset för ämnesområdet har ökat under åren. När Chalmers nu satsar på ökad forskning om turbulens i det nya Turbulence Research Laboratory vid Institutionen för termo- och fluiddynamik känns det hedrande att tillsammans med mycket kvalificerade kollegor få delta i och förhoppningsvis kunna bidra till fortsatta framsteg inom turbulensforskningen, till nytta för industri och samhälle. Det är nu det börjar!
(Texten publicerades 2000 i skriften Ny kunskap.)