Kookbuis geeft inzicht stromingspatronen - Utilities
nieuws

Kookbuis geeft inzicht stromingspatronen

Publicatie

21 Sep 2018

Categorie

Utilities

Soort

nieuws

Tags

stoom

Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven ontwikkelden een negen meter-lange ‘kookbuis’. De constructie maakt het mogelijk om op ware schaal onderzoek te doen naar het gedrag van de combinatie van stoom en heet water die samen door een pijp stromen, iets wat in veel industriële opstellingen wordt gebruikt. De kookbuis is voornamelijk een noviteit om zijn schaal en optische toegankelijkheid.

In veel industriële systemen stroomt er heet water door extra stevige buizen, bijvoorbeeld in energiecentrales. Vanwege de hoge temperatuur en druk is het belangrijk dat de buizen stevig genoeg zijn, omdat bij een lek of breuk grote hoeveelheden heet water ontsnappen. De buizen worden ontworpen met kennis uit kleine schaalmodellen. Helaas laat deze stroming zich slecht schalen: vloeistoffen stromen anders door een buis van twee centimeter dan door een buis van twee meter. Om te compenseren voor deze fout, gebruiken ontwerpers eenvoudigweg een buis met een extra dikke wand. Door kennis vergaard met de nieuwe kookbuis van de TU/e, kan stroming op grote schaal beter worden begrepen, kunnen veiligere installaties worden ontworpen en hoeft minder materiaal te worden verkwist.

Gevaarlijke bellen

De kookbuis is niet alleen uniek door de enorme lengte van negen meter, maar ook omdat er twee kijkvensters in zitten. Op elk kijkvenster staat een camera gericht die op hoge snelheid registreert hoe de vloeistof zich gedraagt. De buis is berekend op stromend water met een druk tot veertig bar en een temperatuur tot 250 graden Celsius. Omdat het water dan kookt, ontstaat er een zogenaamd tweefasen-systeem: een deel van het water blijft vloeibaar en een deel wordt gasvormig stoom. Hoe die twee fasen door elkaar stromen, het stromingspatroon, hangt af van de precieze temperatuur en druk. Een temperatuur-druk-kaart van dat stromingspatroon kan vervolgens worden gebruikt om installaties veiliger en efficiënter te maken. Er wordt immers beter begrepen hoe heet water zich gedraagt, waardoor buizen niet overdreven verstevigd hoeven te worden uitgevoerd, terwijl op andere plekken wellicht onverwachte zwakke plekken kunnen worden ontdekt. De waterdamp kan bijvoorbeeld onschuldige kleine belletjes vormen, of juist grotere bellen waardoor een opstelling hevig kan gaan schudden.

Veiliger en efficiënter

Typische toepassingen voor dit onderzoek zijn energiecentrales (kolen-, gas-, biomassa- en kerncentrales) die gebruik maken van een stoomturbine, verschillende systemen in de chemische industrie (zoals reactoren op hoge temperatuur voor de productie van plastics en olie), en koeling in de voedingsmiddelenindustrie. Verwachtingen zijn dat de systemen veiliger worden en efficiënter in gebruik. Ook zullen centrales minder vaak hoeven te sluiten.

Bron: TU Eindhoven