Schwerelose Strömungsforschung
Parabelflug-Experiment soll grundlegende Fragen zur Elektrohydrodynamik klären.
Vom 27. bis 31. Oktober 2014 nimmt ein Wissenschaftler-Team des Lehrstuhls Aerodynamik und Strömungslehre von Christoph Egbers an Parabelflug-Experimenten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Frankreich teil. An insgesamt fünf Flugtagen soll unter Schwerelosigkeitsbedingungen die Wirkung eines elektrohydrodynamischen Kraftfelds auf den Wärme- und Stofftransport in einem Zylinderspalt untersucht werden. Christoph Egbers wird ab Montag, dem 27. Oktober 2014 mit vor Ort sein. Sein Wissenschaftler-Team, zu dem Ion Borcia, Robin Stöbel und Markus Helbig sowie die Studierenden Toni Schneidereit und Nancy Kabat gehören, ist bereits seit dem 20. Oktober 2014 zur Vorbereitungs- und Integrationswoche bei Novespace in Bordeaux am Flughafen.
Abb.: Teilnehmer an der DLR-Parabelflug-Experimentkampagne (Bild: BTU Cottbus)
Die Wissenschaftler untersuchen im Rahmen der Parabelflüge die Wirkung auf ein Zylinderspalt-Experiment, wenn dieses System durch ein extern aufgeprägtes, elektrohydrodynamisch wirkendes Kraftfeld in Form einer Wechselspannung beeinflusst wird. So führt die Temperaturabhängigkeit der Permittivität zu einem elektrohydrodynamischen Auftrieb. Dieser dielektrophoretische Effekt erhöht sich einerseits mit der Amplitude der Hochspannung und andererseits mit abnehmenden Zylinderradien.
Ein weiterer wichtiger Effekt ist die Erhöhung des Wärmetransports schon bei sehr niedrigeren Temperaturgradienten. Unter den Bedingungen auf der Erde stört dieses künstliche Kraftfeld lediglich die Stabilität der Strömung, die sich aufgrund von Temperaturunterschieden ausbildet. Unter Mikrogravitation, wie sie bei Parabelflügen durch den freien Fall simuliert wird, entfällt das natürliche Kraftfeld der Erde. Das durch die Hochspannung aufgebaute Zentral-Kraftfeld ist dann allein ausschlaggebend für das Entstehen der Konvektionsbewegung.
In dem stark miniaturisierten Experiment wird einerseits die Strömung sichtbar gemacht, andererseits der Wärmetransport gemessen. Das Parabelflugexperiment liefert damit einen Beitrag, um die Effektivität des künstlichen Kraftfeldes zu untersuchen und technische Anwendungen voranzutreiben. Die aus diesem Experiment gewonnenen Ergebnisse geben darüber hinaus einen besseren Einblick in die Strömungskontrolle von Mikrofluiden und lassen sich etwa für die Weiterentwicklung von Mikropumpen oder Mikromischern nutzen.
BTU Cottbus-Senftenberg / DE
