Windtunnels passé? “Over honderd jaar worden ze nog steeds gebouwd”

Windtunnels worden volop gebruikt in de wetenschap en in het sportleven. Toch komen computersimulaties die wind elektronisch nabootsen ook steeds vaker de hoek om kijken. Boeken windtunnels nog vooruitgang, of worden ze in de toekomst volledig vervangen door computer gegenereerde wind? Professor Bert Blocken, gespecialiseerd in aerodynamica, werpt een blik op de huidige status van de windtunnel en de toekomst ervan.

We kunnen er niet omheen: Windtunnels hebben hun relevantie al keer op keer bewezen. Ze worden ingezet om inzicht te krijgen in hoe wind hoge gebouwen, racewagens en grote groepen wielrenners beïnvloedt. Zo speelde de windtunnel in Eindhoven een rol bij het verbreken van het wereldrecord op de marathon door de Keniaan Eliud Kipchoge die in oktober als eerste een marathon rende onder de twee uur.

De naam zegt het al: In de windtunnels worden allerlei objecten blootgesteld aan luchtstromen zoals dat gebeurt vlak boven het oppervlak van de aarde. Zo kunnen de effecten van harde windvlagen worden nagebootst. Het is van cruciaal belang om dit onderzoek uit te voeren om bijvoorbeeld de veiligheid van wolkenkrabbers te kunnen garanderen. In de sportwereld wordt de tunnel ingezet om te meten wat voor effect de wind heeft op materialen die sporters dragen, zoals op de kleding van schaatsers.

Windkracht 12

De vier ventilatoren in de windtunnel in Eindhoven kunnen een windsnelheid produceren tot windkracht 12. Dat betekent dat ze kunnen blazen met snelheden tot wel 33 meter per seconde. De tunnel is gebouwd in een ringvorm, zodat de lucht na elke ronde weer opnieuw een boost krijgt. Dit model zorgt ervoor dat de tunnel een stuk energiezuiniger is in vergelijking met een rechte tunnel.

Op Nederlandse technische universiteiten wordt volop gebruik gemaakt van windtunnels. Op de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) staat een windtunnel van 46 meter lang. Blocken was betrokken bij de bouw ervan: “In de jaren 70 waren er al plannen voor een tunnel bij TU/e. Maar de kosten zijn hoog en je kan hem lang niet overal kwijt.” Toch werd Blocken een aantal jaar geleden gevraagd om te werken aan de bouw van een nieuwe tunnel, die er eindelijk kwam in 2017.

De windtunnel in Eindhoven is speciaal. Hoewel er over de wereld enorme tunnels in gebruik zijn waar zelfs volledige vrachtwagens en straaljagers op ware grootte in worden getest, is de grootte van de Eindhovense tunnel niet mis. Het meetgedeelte van de tunnel is 27 m lang, 2 meter hoog en 3 meter breed, groot genoeg om een hele wielrennersploeg in kwijt te kunnen. “Er zijn weinig tunnels van dit type die deze lengte halen”, aldus Blocken. Daarnaast is de tunnel gespecialiseerd in het nabootsen van luchtstromen zoals vlak boven het aardoppervlak, waardoor situaties zoals uit het “echte leven” kunnen worden nagemaakt.

Hoge gebouwen

En niet alleen in Eindhoven zijn ze gespecialiseerd in aerodynamisch onderzoek. Aan de TU Delft maar ook aan de Universiteit Twente (UT) wordt er in eigen tunnels volop onderzoek gedaan naar windstromen. De wind in de UT-tunnel kan een snelheid aannemen tot wel 240 kilometer per uur.

Volgens Blocken behoort Nederland zeker in de top 10 als het gaat om onderzoek in de aerodynamica. Die hoge positie is volgens Blocken historisch gezien goed te verklaren. In Nederland waait de wind hard en de consequenties daarvan moeten we altijd al ondervinden. “Nederland moest bijvoorbeeld altijd al beschermd worden tegen de zee en tegen stormvloeden.”

Dat Nederland wind hoog in het vaandel heeft is ook te zien aan het feit dat als enige land normen heeft opgesteld om windgevaar bij hoge gebouwen te voorkomen. Deze normen zijn in 2006 opgenomen in de zogenaamde “NEN8100”, die bedoeld is om architecten, gemeenten en projectontwikkelaars te behoeden voor windhinder. “En na 13 jaar is Nederland nog steeds het enige land met zo’n norm”, aldus Blocken.

Windtunnels versus computersimulaties

Naast windtunnels wordt er ook steeds vaker gebruik gemaakt van windsimulaties op de computer. Hierbij wordt door middel van software berekend wat de invloed van luchtweerstand op objecten is. Blocken werkt ook regelmatig met zulke windsimulaties. “Ze geven een stuk meer informatie in vergelijking met windtunnels. Waar de windtunnel eigenlijk vaak maar één of enkele waarden aangeeft, bijvoorbeeld de luchtweerstand van een wielrenner, geven de simulaties veel meer detailinformatie.”

Simulaties zijn dus zeer bruikbaar bij windonderzoek en worden steeds vaker ingezet. Toch hebben ze ook grote beperkingen. Volgens Blocken is dit zelfs het geval met de meest geavanceerde computers. “Stel er worden vijf nieuwe helmen voor wielrenners getest. Dat kost maar 15 minuten wanneer dit in een windtunnel gebeurt. Als dat nauwkeurig met de computer gesimuleerd moet worden dan ben je daar zo’n twee weken mee bezig.”

Bovendien heeft de ontwikkeling van windtunnels ook niet stilgestaan. Ook al zien ze er op het oog nog hetzelfde uit als pakweg 60 jaar geleden, er is behoorlijk vooruitgang geboekt. “De meetapparatuur is bijvoorbeeld een stuk nauwkeuriger geworden en veel processen zijn geautomatiseerd.” De ventilatoren zijn er ook op vooruit gegaan. “Waar ze vroeger werden gemaakt van magnesium zie je nu dat ze gemaakt worden van roestvrij staal.” Toch zijn sommige tunnels wel aan wat vernieuwing toe, geeft Blocken toe.“Nabij Brussel is er nog steeds een windtunnel in werking van zo’n 65 jaar oud.”

Onvervangbaar

Ondanks dat windtunnels al een tijd lang meegaan worden ze dus nog steeds veelvuldig gebruikt en ze zijn tot op de dag van vandaag onvervangbaar. Volgens Blocken gaan de fysieke tunnels en computersimulaties juist hand in hand. Allebei kunnen ze iets toevoegen aan windonderzoek. “Wij voeren de windtunnelmetingen en de computersimulaties onafhankelijk van elkaar uit, en vergelijken dan de resultaten van beide methoden. Je hebt dan meer zekerheid.” Windtunnels zullen de komende jaren dus nog niet vergeten worden. “Over honderd jaar worden ze nog steeds gebouwd. Je kunt gewoon niet zonder.”