Bei Fabrikationsprozessen in zylindrischen Flüssigkeitsbrücken unter Mikrogravitation auftretende Störeffekte

Übersicht

Sensible Fabrikationsprozesse, die in einem sich im Kreisorbit befindlichen Raumfluglaboratorium durchgeführt werden sollen, können durch gewisse Störungen stark beeinträchtigt werden. Dabei können sich bei der Durchführung von Experimenten bei Nichtbeachtung der Störeinflüsse Fehlschlüsse sowohl für die theoretische Interpretation als auch für die Qualität des Produktes ergeben. Da es sich in vielen Fällen um flüssige Schmelzen handelt, die aufgeheizt werden müssen, treten drei grundsätzliche Störfaktoren auf. Dies sind die durch mechanische Erregungen entstehenden Schwingungen der freien Flüssigkeitsoberfläche, die für reibungsfreie und viskose Flüssigkeitsbrücken untersucht werden, die durch Temperaturgradienten entstehende Marangonikonvektion, sowie das Zusammenwirken von Thermalkapillarität mit der aus dem im Raumfluglaboratorium vorhandenen nichthomogenen Residualschwerefeld herrührenden natürlichen Restkonvektion. Solche Störeffekte werden hier analytisch für zylindrische Flüssigkeitssäulen behandelt.

Summary

Sensible fabrication processes, performed in a space laboratory in orbit, experience certain disturbances, which may have quite some effects upon the theoretical interpretation and the quality of the product. Since many processes deal with liquifield melts that have to be heated, three basic disturbances appear. The first one results from mechanical excitation and yields free liquid surface oscillations, which are treated for frictionless and viscous cylindrical liquid bridges. The second factor for disturbances is that through a temperature gradient appearing Marangoni convection. Finally the gravity field in an orbiting space laboratory is by no means vanishing, but exhibits rather an inhomogeneous residual field which renders an additional natural convection. All these problems are treated here by analytical methods.