Tar bølgen med stor presisjon

Når bølgeforskerne prøver å finne den eksakte beskrivelsen av tsunamier og andre farlige bølger i havet, er de helt avhengige av den 25 meter lange bølgetanken på Matematisk institutt.

FIKLING: For at bølgeforskerne kan undersøke hva slags spiralmønster på rørene som skaper minst turbulens i vann, må instrumentmaker Svein Vesterby lage rørene for hånd.

For å finne de matematiske formlene for bølger, simulerer bølgeforskerne storm i havet i et vaskeekte bølgelaboratorium i underetasjen i Matematikk-bygningen på Blindern.

I det 25 meter lange bassenget kan forskerne finstudere hva som skjer av bevegelser og turbulens i vannmassene.

Vanntanken er full av sporstoff. Sporstoffet er femti mikrometer små partikler med akkurat den samme egenvekten som vannet. Partiklene blir lyst opp av en laser. Et videokamera tar 2000 bilder i sekundet. Når bildene er overført til datamaskinen, kan forskerne studere fenomenene i vannmassen ved å beregne bevegelsen til sporstoffet.

Korrigerer formler

Deretter simulerer bølgeforskerne de samme fenomenene med numeriske metoder og matematisk teori. Hele poenget er at forskerne da kan sammenlikne beregningene med målingene for å se om den matematiske modellen bør endres. Blant annet oppdaget forskerne i fjor at oljebransjens beregninger av hastighetene i ekstrembølger var underestimert med vel 40 prosent.

Mannen bak installasjonene i bølgelaboratoriet er instrumentmaker og overingeniør Svein Vesterby , med tidligere bakgrunn som marinejeger og dykker. Han er bølgelaboratoriets eneste tekniker og må løse alt fra mekaniske problemer og presisjonsfresing til konstruksjon av elektriske motorer og spesialliming av plast og metall. Det er alltid ham bølgeforskerne henvender seg til når de trenger utstyr og nye deler til eksperimentene sine. Alt i laboratoriet er spesiallaget. Intet er hyllevare. For 13 år siden bygde han opp hele laboratoriet på ny.

Knuser turbulensen

Akkurat nå studerer bølgeforskerne det turbulente strømningsfeltet rundt oljeledningene på Ormen Lange-feltet i Nordsjøen for at ingeniørene kan designe oljerørene på en slik måte at rørene blir utsatt for minst mulig krefter. Skrekken er: Blir kreftene for store, kan rørene ryke.

Syndebukken er undervannsbølgene. Ved Ormen Lange-feltet kan undervannsbølgene bli opptil 300 meter høye. Selv om disse bølgene ikke synes på havoverflaten, kan de med sine enorme vannmasser og voldsomme krefter forvolde store skader.

Når vannmassene fra undervannsbølgene virvler rundt oljerørene, kan det føre til at rørene begynner å svinge frem og tilbake. Bølgeforskerne er derfor interessert i å vite hvor store svingningene blir og hvordan rørene bør konstrueres for å redusere disse svingningene mest mulig.

For å komme i mål med eksperimentet, drar bølgeforskerne et lite rør gjennom bølgetanken. De kan da studere strømningsfeltene rundt røret i detalj. For det viser seg at turbulensen er svært forskjellig avhengig av hvordan rørene ser ut. Glatte rør genererer flere virvler enn rør med påsveisete spiraler.

Prinsippet er akkurat det samme som ved turbulens rundt høye fabrikkpiper. Når pipene er glatte, kan vinden knekke dem. Men bekler man pipene med spiralformete plater, bryter man strømningsmønsteret og pipene svaier langt mindre. Fenomenet er gammelt, men ikke godt nok kartlagt.

Fikling

– Vi skal derfor finne den optimale spiralformen som bryter ned virvlene rundt rørene, forklarer instrumentmaker Svein Vesterby.

På verkstedet lager han rør med forskjellige spiralformer. Både rørene og spiralmønstrene er laget i akryl.

Han skjærer ut spiralmønstrene i lange og smale rektangler. Så limer og sveiser han spiralene på røret. Før limingen må han avspenne materialet i en varmeovn på 70 til 80 grader. Ellers sprekker materialet.

– Jo mindre stigning på spiralen, desto mer tid bruker jeg. Så arbeidet er fiklete og krever både tålmodighet og nøyaktighet, forteller Vesterby.

Fiskesnøre

Han hadde også en utfordring med å feste røret i en anretning i bølgetanken på en slik måte at røret kunne henge fritt i vannet på samme måte som en oljeledning i spenn mellom to undersjøiske fjell.

– Jeg lurte lenge på hvordan jeg skulle greie det. Løsningen kom etter hvert. Jeg festet røret med fjærer og fiskesnøre. Det viste seg å fungere. Men det går ikke alltid som man tenker seg. Da må man kanskje lage det på en helt annen måte, forteller han.

Som hjelpemiddel har Svein Vesterby et verksted med dreiebenk samt en moderne fresemaskin som kan brukes til å beskjære materialer med en tusendels millimeter presisjon.

– For det er viktig å være svært nøyaktig når man skal lage de forskjellige installasjonene i laboratoriet. Det er helt fundamentalt for å publisere troverdige resultater i internasjonale tidsskrifter. Når resultatene skal analyseres av forskerne, er det godt å vite at man har gjort sitt ytterste for å oppnå en så god nøyaktighet som mulig, forteller forsker Atle Jensen ved Matematisk institutt og legger til at det bare finnes fem, seks tilsvarende bølgelaboratorier i verden.

Og resultatene? De blir lagt frem på en konferanse til sommeren.

Emneord: Matematikk og naturvitenskap, Matematikk Av Yngve Vogt
Publisert 1. feb. 2012 11:59
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikke UiO- eller Feide-bruker?
Opprett en WebID-bruker for å kommentere