Windtunnels kunnen veel kleiner met vloeibaar helium

Vloeibaar helium is de enige vloeistof die niet stolt bij het absolute nulpunt. Bij extreem lage temperaturen stroomt het vrijwel zonder wrijving en viscositeit. Tot nog toe waren er geen toepassingen die van deze opmerkelijke eigenschappen gebruik maken. Vloeibaar helium wordt vooral als koelmiddel gebruikt. Onderzoekers van de universiteit van Oregon hebben een verrassende nieuwe toepassing voorgesteld: als vervanger van lucht in een windtunnel.

Het grote voordeel van vloeibaar helium als medium in een windtunnel is dat het formaat van tunnels kan worden teruggebracht van dat van hangars tot dat van een kamer. Dit is mogelijk dankzij het feit dat twee stromingspatronen van dezelfde vorm, bijvoorbeeld rond een echt vliegtuig en rond een schaalmodel, veelal dezelfde relatieve hoeveelheid turbulentie veroorzaken, zolang tenminste beide stromen het zelfde Reynoldsgetal hebben. Het Reynoldsgetal is een dimensieloos getal dat een van de belangrijkste karakteristieken van een stroming weergeeft: het is evenredig met de snelheid van de stroom, de 'karakteristieke lengte' van het systeem en de dichtheid van de stromende vloeistof, en omgekeerd evenredig met de viscositeit. Omdat de viscositeit van vloeibaar helium veel lager is dan die van lucht kan de karakteristieke lengte van een te onderzoeken systeem 865 keer kleiner zijn dan de karakteristieke lengte van een vergelijkbaar systeem in lucht. De consequenties zijn ingrijpend. Een turbine die vloeibaar helium door een tunnel met een doorsnee van dertig centimeter blaast vergt iets meer dan honderd watt. Daarentegen vergt een conventionele windtunnel met hetzelfde Reynoldsgetal een turbinevermogen van ruim negentig megawatt.

Windtunnels met vloeibaar helium kunnen daarnaast worden gebruikt om proeven te doen met stromingen met veel hogere Reynoldsgetallen dan nu mogelijk zijn. In de natuur komen zulke stromen wel voor, bijvoorbeeld als jet streams hoog in de atmosfeer. (Scientific American, mei)