Combined Residual Natural and Marangoni Convection in a Liquid Sphere Subjected to a Constant and Variable Micro‐Gravity Field

TLDR: The combined effect of thermal Marangoni convection induced by a gradient of temperature imposed upon the free surface of a liquid sphere and the residual natural convection steming from the still existing micro-gravity field in an orbiting space laboratory has been investigated in this article.

Abstract: The combined effect of thermal Marangoni convection induced by a gradient of temperature imposed upon the free surface of a liquid sphere and the residual natural convection steming from the still existing micro-gravity field in an orbiting space laboratory has been investigated The case of a constant and linearly dependent axial residual gravity field has been considered, for which the Stokes equation in the approximation of Boussinesq have been solved By the introduction of a dynamic Bond-number derived as the ratio of the Grashof number to the Reynoldsnumber based upon the Marangoni flow the predominance of Marangoni- (for Bo 0) or natural convection (for Bo ∞) could be determined Streamlines, radial- and angular velocity distributions have been obtained analytically The combined effect of Marangoni- and natural convection is of importance for space processings In addition the isothermal lines are presented for various imposed temperature distributions at the free surface of the liquid sphere Es wird das Zusammenwirken thermischer Marangonikonvektion und der von der Restschwere in einem Weltraumlabor herruhrenden naturlichen Residualkonvektion in einer Flussigkeitskugel bestimmt Dabei wird die Oberflache der Kugel (Schmelze) einer axialsymmetrischen Temperatur ausgesetzt und in einem konstanten und linear variablen Mikrogravitationsfeld behandelt Stromfunktion und Geschwindigkeitsverteilung werden aus der Stokesgleichung in der Approximation von Boussinesq analytisch gelost Der Einflus des Residualschwerefeldes im Raumfluglabor wird durch das Einfuhren der dynamischen Bondzahl angegeben, wobei diese aus dem Verhaltnis der Grashofzahl zur Reynoldszahl, welche auf der Marangonikonvektion basiert, abgeleitet wird Fur verschwindende Bondzahlen dominiert die Marangonikonvektion, wahrend fur sehr grose Bondzahlen die naturliche Konvektion vorherrscht Fur lineare und quadratische Temperaturverteilungen werden die Stromlinien numerisch bestimmt