Untersuchung oszillatorischer und turbulenter Strömungszustände der thermokapillaren Konvektion einer Blase an einer Wand
Final Report Abstract
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die Untersuchungen von Strömungszuständen der thermokapillaren Konvektion einer Blase an einer Wand bei hohen Marangoni-Zahlen fortgesetzt. Da das Erreichen geeignet hoher Mg-Zahlen nur mit leicht flüchtigen Alkoholen und Silikonölen möglich war, wurden dazu verschiedene Druckkammern aufgebaut. Diese sollten die weitere Erhöhung der Temperaturspreizung ohne störende Verdampfung in die Blase und Sekundärblasenentstehung erlauben. Die bereits im ersten Teil begonnenen Arbeiten zur Entwicklung geeigneter Mess- und Auswertesoftware wurden weitergeführt. Die aus optischem Glas aufgebauten Messkammern waren trotz Einsatzes verschiedener Stützgehäuse nicht stabil genug, sie zerbrachen oder wurden undicht. Eine aufwändige Konstruktion konnte wegen fehlender Mittel nicht realisiert werden. Eine aus einem Polycarbonatblock gefertigte Messkammer war stabiler und erreichte ohne Messdurchführungen auch eine befriedigende Druckfestigkeit. Mit den notwendigen Messöffnungen war jedoch auch sie nicht mehr druckstabil. Das vorgesehene Ziel, die thermokapillare Strömung um eine Blase bei erhöhtem Messkammerdruck zu untersuchen, konnte wegen der angegebenen Probleme mit den Messkammern nicht erreicht werden. Mit der Polycarbonatmesskammer wurden Messungen der Blasenumströmung mit Silikonöl AK 0,65 unter Normaldruck durchgeführt. Es konnten Temperaturen der unteren Platte von -11,7° C und der oberen Platte von +50° C und Mg-Zahlen um 50000 erreicht werden. Die Untersuchungen bestätigten die bereits im ersten Teil beobachteten sehr starken Oszillationsströmungen. Sie traten jedoch ausschließlich während der Aufheizung der oberen Platte auf, waren in dieser Zeit extrem stark und konnten bis zu 45 Minuten nach Erreichung der Temperaturstabilität beobachtet werden. Alle Oszillationen klangen jedoch nach entsprechender Zeit immer wieder ab, und es stellte sich eine nicht oszillierende Strömung um die Blase ein. Dies entspricht offenbar der auch vorher schon festgestellten Restabilisierung der Oszillationsströmungen. Ein langsames Abkühlen der oberen Platte durch Abschalten der Heizung erzeugt zwar ebenfalls ein zeitlich veränderliches Temperaturfeld um die Blase, führte jedoch nicht zum erneuten Anfachen der Schwingungen. Es wird vermutet, dass in dem untersuchten Bereich bis Mg=50000 die Oszillationsströmungen nur durch die starke zeitliche Veränderung des Temperaturfeldes bei schneller Aufheizung der oberen Platte entstehen. Da während der Messungen wieder die bekannten Probleme Blasenvergrößerung und Entstehung von Sekundärblasen auftraten, konnten bislang keine belastbaren quantitativen Messungen durchgeführt werden Bestätigt wurde die Notwendigkeit, weitere Messungen unter erhöhtem Druck durchzuführen, da nur dann eine Verhinderung bzw. Reduzierung dieser Verdampfungsvorgänge möglich ist. Da jetzt eine ausreichend große Druckkammer zur Verfügung steht, in die eine Messkammer eingebaut werden kann, werden die Untersuchungen mit diesem Versuchsaufbau nach dem formalen Abschluss des Themas weitergeführt.
Publications
- „Experimental investigation of thermocapillary flow at the phase boundary of a bubble in a liquid ", 6th International Conference on Multiphase Flow, ICMF 2007, Leipzig, Germany, July 9-13,2007
Schade, K.-P., Wozniak, G., Gessenhardt, C.
- „Unstable thermocapillary flow at a gas-liquid phase boundary", 80th Annual Meeting of the International Association of Applied Mathematics and Mechanics (GAMM), GAMM 2009, Gdansk, Poland, February 9 - 13, 2009
Schade, K.-P., Wozniak, G., Rubes, D.
