Courtesy of InterestingEngineering

Penelitian Terbaru Buktikan Teori Kolmogorov Berlaku pada Turbulensi Gelembung

Membuktikan secara langsung bahwa turbulensi yang dihasilkan oleh gelembung naik mengikuti skala Kolmogorov, sehingga memperkuat pemahaman fundamental tentang bagaimana energi mengalir dalam aliran turbulen yang melibatkan banyak fase seperti gelembung dalam air.

18 Agt 2025, 20.42 WIB

29 dibaca

Ikhtisar 15 Detik

Penelitian ini memberikan bukti eksperimen pertama bahwa 'Kolmogorov scaling' berlaku dalam turbulensi yang dihasilkan oleh gelembung.
Tim peneliti mengusulkan formula baru untuk memperkirakan kehilangan energi dalam aliran berbasis gelembung.
Temuan ini dapat membantu meningkatkan sistem industri seperti reaktor kimia dan pengolahan limbah.

Dresden, Jerman - Para ilmuwan internasional berhasil menunjukkan bahwa kumpulan gelembung yang naik di dalam cairan dapat menciptakan turbulensi yang sesuai dengan teori klasik Kolmogorov yang dikembangkan hampir satu abad lalu. Studi ini penting karena mampu membuktikan secara langsung bagaimana energi dalam aliran turbulen berpindah dari pusaran besar ke pusaran kecil pada turbulensi yang dipicunya.

Penelitian dilakukan oleh tim dari HZDR, Johns Hopkins University, dan Duke University menggunakan teknik pelacakan Lagrangian 3D untuk mengamati dengan tepat gerakan gelembung dan partikel air di ruang tiga dimensi. Dengan kolom air berdiameter 11,5 cm dan kamera kecepatan tinggi yang merekam hingga 2.500 frame per detik, mereka bisa menangkap gerakan gelembung secara detail.

Dalam eksperimen, gelembung berukuran 3-5 mm yang bergerak naik tampak berosilasi dan menciptakan pusaran belakang yang kuat. Pada kondisi tertentu, turbulensi yang terjadi mengikuti prediksi teori Kolmogorov dengan baik untuk pusaran yang lebih kecil dari gelembung itu sendiri, memberikan bukti pertama skala tersebut berlaku dalam turbulensi gelembung.

Peneliti juga mengembangkan rumus baru untuk menghitung kehilangan energi dalam aliran ini hanya dengan memperhatikan ukuran dan kerapatan gelembung. Temuan ini sangat relevan untuk aplikasi industri, karena dapat membantu memperbaiki proses seperti pencampuran kimia dan pengolahan air limbah melalui pemahaman yang lebih baik tentang turbulensi dengan gelembung.

Meski ada beberapa keterbatasan, seperti pecahnya gelembung besar yang mengganggu struktur aliran, hasil riset ini menandai langkah besar dalam memahami aliran turbulen multifase dan membuktikan relevansi teori Kolmogorov yang sudah berumur lebih dari 80 tahun dalam kondisi yang sangat kompleks.

Referensi:
[1] https://interestingengineering.com/science/century-old-turbulence-law-confirmed

Analisis Kami

"Temuan ini sangat penting karena mengkonfirmasi teori klasik di bidang turbulensi dengan pendekatan yang sama sekali baru menggunakan gelembung sebagai pengganggu aliran; ini membuka jalan bagi penelitian lebih lanjut dalam turbulensi multifase. Namun, skalabilitas dan penerapan model ini pada kondisi industri sebenarnya masih perlu diuji lebih lanjut untuk memahami batasan dan potensi inovasinya secara menyeluruh."

Analisis Ahli

Tian Ma

"Dengan teknologi pelacakan canggih yang kami gunakan, kami akhirnya bisa menangkap dinamika turbulent secara nyata pada skala kecil yang sebelumnya sulit dicapai, membuktikan teori Kolmogorov bisa diaplikasikan pada gelembung."

Andrew Bragg

"Kolmogorov menyajikan gambaran elegan mengenai bagaimana energi mengalir dalam turbulensi, dan sangat menarik bahwa mekanisme ini juga muncul dalam sistem yang sangat kacau seperti arus dengan gelembung naik."

Hendrik Hessenkemper

"Meski demikian, alami bahwa batasan alam seperti pecahnya gelembung menciptakan variasi dalam turbulensi yang tidak bisa sepenuhnya disempurnakan oleh teori klasik ini."

Prediksi Kami

Pemahaman baru ini akan mendorong pengembangan model yang lebih sederhana dan akurat untuk memperbaiki efisiensi dan performa dalam berbagai aplikasi industri seperti reaktor kimia, pengolahan limbah, dan proses pencampuran dalam skala besar.

Pertanyaan Terkait

Apa yang diteliti oleh tim ilmuwan internasional dalam studi ini?

Tim ilmuwan internasional meneliti bagaimana gelembung yang naik menciptakan turbulensi yang sesuai dengan teori Kolmogorov yang sudah ada hampir seratus tahun.

Apa yang dimaksud dengan 'Kolmogorov scaling' dan mengapa itu penting?

'Kolmogorov scaling' adalah teori yang menjelaskan bagaimana energi berpindah dari eddies besar ke eddies yang lebih kecil dalam aliran turbulen, penting karena menjelaskan perilaku turbulensi dalam sistem.

Bagaimana tim peneliti melakukan eksperimen mereka?

Tim peneliti melakukan eksperimen dengan melacak gelembung dan partikel fluida dalam 3D menggunakan kamera berkecepatan tinggi dan kolom air yang diisi gelembung.

Apa saja temuan utama dari eksperimen tentang turbulensi gelembung?

Temuan utama menunjukkan bahwa turbulensi di sekitar gelembung mengikuti prediksi Kolmogorov, menunjukkan bahwa teori ini berlaku dalam sistem gelembung.

Mengapa pemahaman tentang turbulensi dalam sistem multiphase penting untuk aplikasi industri?

Pemahaman tentang turbulensi dalam sistem multiphase penting untuk meningkatkan efisiensi reaktor kimia dan proses pengolahan limbah.