Zelforganisatie van twee-dimensionale stromingen

In tegenstelling tot driedimensionale stromingen (3D) worden tweedimensionale turbulente stromingen (2D) gekenmerkt door een zgn. energieflux naar de grotere lengteschalen. Deze eigenschap is direct waarneembaar in de geleidelijke vorming van grootschalige coherente wervelstructuren, een proces dat ook wel wordt aangeduid als ‘zelforganisatie’ van 2D turbulentie. Als gevolg van de aardrotatie maar ook tengevolge van de stabiele dichtheidsopbouw zijn de grootschalige stromingen in de atmosfeer en oceanen in goede benadering tweedimensionaal. De talloze grootschalige coherente wervels, die men via satellietmetingen heeft waargenomen, zijn een manifestatie van bovengenoemd proces. In het laboratorium worden 2D turbulente stromingen – en in het bijzonder daarin optredende wervels – op kleine schaal onder geconditioneerde omstandigheden onderzocht in experimenten in roterende en/of gestratificeerde vloeistoffen. Op deze wijze is veel inzicht verkregen in de stabiliteit van wervels, hun onderlinge wisselwerking en hun transporteigenschappen. Naast directe stromingsvisualisatie (toevoeging van kleurstoffen) worden er ook geavanceerde optische meettechnieken toegepast waarmee de beweging van duizenden tracer-deeltjes simultaan kan worden gevolgd. Daarnaast spelen numerieke stromingssimulaties een steeds belangrijker rol in het onderzoek op dit terrein. Tijdens de lezing zal een overzicht worden gegeven van de algemene eigenschappen van 2D turbulentie en zullen enkele experimenten worden besproken waarin het fascinerende verschijnsel van ‘zelforganisatie’ waarneembaar is.