reorientierung freier oberflächen von (kryogenen) flüssigkeiten (SETTLING / KRYO-SETTLING)

abstract

SETTLING (2000 - 2001)

In diesem Projekt wird experimentell das Verhalten von Gas-Flüssigkeitsgrenzflächen beim Übergang von Erdgravitation auf Mikrogravitation in einem zylindrischen Behälter untersucht. Der Zylinderradius wurde im Bereich zwischen 10 mm und 20 mm variiert, womit sich Ohnesorgs Zahlen Oh = 0.8 · 10-3 - 20.2 · 10-3, Bond Zahlen im Bereich Bo = 27 - 195 sowie Morton Zahlen zwischen Mo = 3.1 · 10-3 und Mo = 52.8 · 10-3 ergaben. Die letztere Kennzahl ist im ersten Zeitbereich unmittelbar nach dem Übergang auf reduzierte Schwerkraft als beschreibende Größe neben dem statischen Randwinkel zu sehen. In den Versuchsserien wurden neben einer Reihe von Silikonen verschiedene Flüssigkeiten mit einem zum Behältermaterial annähernd gleichenBrechungsindex eingesetzt, welche eine Beobachtung der Grenzfläche in der Nähe der Behälterwand ermöglichen. Dabei ergaben sich u.a. durch Einsatz eines Oberflächenveränderers statische Raumwinkel im Bereich zwischen 0 und 76 Grad.

SETTLING / KRYO-SETTLING (2002 - 2005)

Der Gegenstand dieses Teilvorhabens ist die Untersuchung der Reorientierung freier Flüssigkeitsoberflächen beim Übergang von Erdgravitation zur Mikrogravitation und den dabei auftretenden Oberflächenschwingungen. Dabei stehen die raumfahrtrelevanten Anwendungsfälle im Vordergrund. Die hier beschriebenen Versuche wurden im Fallturm in Bremen durchgeführt. Mittels des Fallturms steht für 4.7 s kompensierte Schwerkraft zur Verfügung. Dabei ist der Übergang von normaler Erdbeschleunigung zur kompensierten Gravitation sehr störungsarm.

Innerhalb des Teilprojektes wurden zwei Aspekte untersucht. Zum Einen wurde der Einfluß einer nicht-isothermen Randbedingung auf die Reorientierungsbewegung einer, im Vergleich zur Wand, "kalten" Flüssigkeit untersucht. Dabei ist der Einfluss des Wärmeeintrages auf das Verhalten einer bewegten Kontaktlinie von besonderem Interesse. Die Ergebnisse wurden mit experimentellen und theoretischen Untersuchungen zur Bewegung der Kontaktlinie im isothermen Fall verglichen. Zum Anderen wurde die Reorientierung der freien Oberfläche bei sehr kleinen Ohnesorge-Zahlen untersucht, die beim Einsatz von kryogenen Flüssigkeiten bzw. Treibstoffen erreicht werden.

• Michaelis, M., Dreyer, M. E., Rath, H. J., Experimental Investigation of the Liquid Interface Reorientation upon Step Reduction in Gravity, in: Microgravity Transport Processes in Fluid, Thermal, Biological, and Material Sciences, S. S. Sadhal (Ed.), Annals of the New York Academy of Sciences, Vol. 974, 2002

• Gerstmann, J., Michaelis, M., Dreyer, M.E., Rath H.J.: An Applicable Boundary Condition at the Moving Contact Line in Case of a Free Surface Reorientation after Step Reduction in Gravity, Proc. Appl. Math. Mech 2, 316, 2003

• Michaelis, M.: Kapillarinduzierte Schwingungen freier Flüssigkeitsoberflächen, Dis- sertation Universität Bremen, Fortschritt-Berichte VDI Reihe 7 Nr. 454. Düsseldorf: VDI Verlag 2003

• Michaelis, M., Dreyer, M. E.: Test-Case NO 31: Reorientation of a Free Liquid Inter- face in a Partly Filled Right Circular Cylinder upon Gravity Step Reduction (PE), Multiphase Science and Technology, 16.1-3, 219-238, 2004

• Michaelis, M,. Dreyer, M. E., Rath, H. J.: Experimental Investigation of the Free Li- quid Interface Oscillation upon Step Reduction in Gravity, Proc. Appl. Math. Mech., Vol. 1, p. 323-324, 2002

• Michaelis, M., Gerstmann, J., Dreyer, M.E., Rath H.J.: Damping Behaviour of the Free Liquid Interface Oscillation upon Step Reduction in Gravity, Proc. Appl. Math. Mech. 2, 320-321, 2003

KRYO-SETTLING

experiment year: 2005
number of drops: 12

experiment year: 2004
number of drops: 2

SETTLING

experiment year: 2003
number of drops: 8

experiment year: 2002
number of drops: 13

experiment year: 2001
number of drops: 27

experiment year: 2000
number of drops: 36