Thermokapillare Grenzflächenkonvektion an Gasblasen in einem Temperaturgradientenfeld

Abstract

The thermocapillary convection on free surfaces is an important mechanism for heat transfer, it is demonstrated in two experiments. Silicon-oil of various viscosity is used as experimental liquid. In the thermal stable stratified liquid air bubbles were injected. Around the bubbles velocity profiles, induced by the thermocapillary force against the buoyancy force were measured. In the second experiment the enhancement of heat transfer induced by air bubbles touching a heated wire is investigated in various liquids. In spite of the small contact area between the bubble and the wire the increase of heat transfer was more than twice of the wire without bubble which is attributed to the Marangoni convection. Using water this enhancement could not be observed. At the bubble the free convection from the wire was hindered and the heat reduced by 30%.

Kurzfassung

Bei freien Grenzflächen spielt die thermokapillare Konvektion eine nicht zu vernachlässigende Rolle auf den Wärmetransport. In zwei Experimenten wird deren Einfluß aufgezeigt. In Silikonölen verschiedener Viskosität mit thermisch stabiler Schichtung werden Luftblasen eingebracht und das durch die thermokapillaren Kräfte gegen den Auftrieb erzeugte Geschwindigkeitsfeld vermessen. In einem zweiten Experiment wird die Erhöhung des Wärmeübergangs durch eine Luftblase an einem beheizten Draht gemessen. Trotz kleiner Berührungsfläche kann der Wärmeübergang gegenüber dem Draht ohne Blase verdoppelt werden, was der zusätzlichen Marangoni-Konvektion zuzuschreiben ist. In Wasser wurde dieser Effekt nicht beobachtet, hier wurde durch die Luftblase der Wärmeübergang um 30% reduziert.