In 2020 zou één op de tien universitaire studenten een lesprogramma voor uitblinkers moeten volgen, zoals een honoursprogramma, university college of summer school.
Whoof. The gas burner spits out a blue flame and fires up the metal maze in a steel pipe that begins to glow. After about ten seconds, professor of energy technology, dr. Bendiks Jan Boersma, of the 3mE faculty’s process and energy department, turns the pipe upright, causing a siren-like tone to emerge from the pipe. Triumphantly, and with a broad smile and boyish pleasure, the professor declares: “This is the Rijke tube, named after a Dutch physicist who demonstrated the link between heat and sound.” The first documentation of this phenomenon dates from 1850. Glassblowers reported the generation of a pure tone when heating the neck of a bottle. So what in fact was going on?
The basis of it all is that compression and expansion of air in sound waves involves exchanges of heat, as well as pressure and volume changes. As early as 1816, Laplace corrected Newton’s earlier calculation of the speed of sound in air by accounting for the slight variations in temperature that occur. He thus arrived at the correct speed of sound, which was 18 percent higher than Newton’s estimate. Still, the changes in pressure and temperature involved in sound are very modest. Even in a deafening 120-decibel blast, the temperature only varies 0.02 degrees.
The thermoacoustical effect can however be amplified to serve in practical applications; for example, in 2004, Ben & Jerry’s, the environmentally orientated ice-cream manufacturers, debuted the thermoacoustic chiller, made by Steven Garrett, who ten years earlier had developed sound-driven refrigerators for the Space Shuttle, which were eventually used on a US Navy destroyer. These refrigerators delivered 400 watts of cooling power for 200 watts of acoustic power. So, thermoacoustics works, but how?
Boersma draws a pipe between a hot and a cold spot (typically heat exchangers) and a loudspeaker that forces the air to oscillate. If, supposing, the speaker compresses a small volume of gas towards the warm side, it will warm up as a result of the compression and release its heat. At the next half of the cycle, the volume of gas travels back to the cold, where it expands and cools, and draws heat from the cold zone. The result is a tiny net heat transport from the cold to the hot side, driven by acoustical resonance.
If the temperature differences over the stack (a porous solid in which heat-exchanges between gas and metal occur) are much higher, the reverse happens: spontaneous oscillating air absorbs heat from the hot side and delivers it to the cold side, where it expands before oscillating back. In the Rijke tube, an initial shock wave of hot air rising kick-starts this process. An ‘acoustic laser’ designed by Reh-lin Chen, from Penn State University (US), turned the same processes into a continuous one. Boersma sets it up for demonstration. His set-up consists of a loose plug supporting an electrical wire at the back end of a glass tube. Boersma switches on the power. As the wire starts glowing, he gently blows along the top of the horizontal tube. Suddenly, the tube takes over the tone and starts producing a loud and pure whistle. A broad grin appears on the professor’s face. “Just make it bigger, more efficient and hook on a generator. That’s what we aim to do,” he says.
Boersma wants to develop a heat engine based on the thermoacoustic principle, which would be like the Sterling engine (a heat engine based on a patent from 1816 by Robert Sterling, a Scottish minister), but without the need of pistons and cranks. In fact, it would be an engine without any moving parts except for the oscillating air driving a generator. If this sounds far-fetched, Boersma is the first to admit that thermoacoustic generators may indeed still be 20 years away from fruition. But at least he now has the budget to hire a post-doctoral researcher to build a demo. “If he’s good enough,” the professor says, “he or she can start tomorrow.”
www.americanscientist.org/issues
Dat is één van de ambitieuze doelen in de Kennis en Innovatie Agenda (KIA) die vanmorgen is gepubliceerd. Werkgevers, vakbonden, hogescholen en universiteiten pleiten daarin voor extra investeringen in onderwijs, onderzoek en innovatie.
Versnelling
Het nieuwe kabinet moet een ‘versnelling’ inzetten, vindt de zogeheten KIA-coalitie. De komende tien jaar moeten de investeringen in kennis en innovatie toenemen met 4,5 à 6 miljard euro. De private investeringen kunnen groeien met 2,5 à 4,5 miljard euro.
Voor de meest getalenteerde universitaire studenten is de komende vijf jaar zo’n honderd miljoen euro extra vereist, menen de partijen. Daarmee kunnen de zogeheten excellentieprogramma’s worden uitgebreid. Verder moet het aantal studenten per docent dalen: van 21 nu naar 17 studenten per docent in 2020. Zonder die daling kunnen universiteiten geen maatwerk leveren, aldus de KIA.
Doelmatiger
Universiteiten kunnen ook zelf geld vrijmaken door ‘doelmatiger’ te worden: betere begeleiding en betere docenten zorgen volgens de KIA-coalitie voor minder uitval en vertraging onder studenten. Ook het ziekteverzuim moet worden teruggedrongen.
Over het wetenschappelijk onderzoek in Nederland is de KIA tamelijk tevreden: “Nederlands wetenschappelijk onderzoek behoort tot de wereldtop en moet daar blijven.” Daarvoor zou de overheid meer moeten investeren, want andere landen zitten Nederland op de hielen.
Ranglijsten
Universiteiten moeten uiteindelijk klimmen in de internationale ranglijsten. De impactscore van wetenschappelijke artikelen – een maatstaf voor het belang van een wetenschappelijke publicatie – is nu al behoorlijk hoog en dat moet zo blijven. Nederland bezet wereldwijd de vierde plaats.
De KIA-coalitie is de opvolger van het Innovatieplatform, dat is opgeheven. Zij bestaat uit ongeveer dertig partijen die het belang van kennis en innovatie onderschrijven, variërend van leerling- en studentenorganisaties tot vakbonden en werkgeversverenigingen. Elke partij bepaalt per KIA-publicatie of ze deze ondertekent of niet.
Verbolgen
Studentenorganisatie ISO heeft dat deze keer gedaan, maar de Landelijke Studenten Vakbond niet. De LSVb is verbolgen dat in de KIA wordt gepleit voor een hogere ‘eigen bijdrage’ voor studenten. Dat kan een bezuiniging op de studiefinanciering betekenen of een verhoging van het collegegeld. Volgens de LSVb is dat slecht voor de toegankelijkheid van het hoger onderwijs en dus ook voor de kenniseconomie.
Comments are closed.