EFFECT OF AMBIENT AIR TEMPERATURE ON STEADY AND OSCILLATORY TERMOCAPILLARY FLOW

Abstract

In this research, steady and oscillatory thermocapillary flows of high Prandtl number fluids were investigated experimentally under normal gravity in floating-zone configuration by heating from above (opposite direction of thermocapillary and buoyant forces). A liquid column was suspended vertically between two 3 mm diameter circular copper rods which were applied at different temperatures. Flow and temperature oscillations were observed under various conditions using 5 cSt silicone oil as the test fluid. The effect of heat transfer from the liquid free surface to surrounding air on the onset of the oscillations was investigated. The values of the critical temperature differences measured at various ambient air temperatures and various cold wall temperatures were investigated in the present experiment.

Keywords

• Thermocapillary flow, Steady thermocapillary convection, Periodic oscilatory thermocapillary convection

ORTAM SICAKLIĞININ KARARLI VE OSİLASYONLU YÜZEY GERİLİM HAREKETLERİNE ETKİSİ

Abstract

Bu araştırmada, yüzen bölge konfigürasyonunda yukarıdan ısıtılarak yüksek Prandtl sayısına sahip bir akışkan kolonundaki kararlı ve osilasyonlu yüzey gerilimli akış deneysel olarak araştırılmıştır. Deney akışkanı 3 mm çapındaki bakır çubuklar arasına düz vaziyette asılmış olup, bu bakır çubuklara farklı sıcaklıklar uygulanmıştır. Deney akışkanı olarak kinematik viskozitesi 5 cSt olan silikon yağı kullanılarak belli şartlar altında akış ve sıcaklık osilasyonları gözlenmiştir. Akışkanın serbest yüzeyinden ortama olan ısı kaybının osilasyonların başlama noktasına olan etkisi araştırılmıştır. Bu çalışmada, farklı duvar sıcaklıklarında ve ortam sıcaklıklarındaki kritik sıcaklık farkı değerleri incelenmiştir

Keywords

• Yüzey gerilimli akış, Kararlı yüzey gerilimli akış, Periyodik osilasyonlu yüzey gerilimli akış

References

1. Chun CH.H. (1986): “Experiments on Steady and Oscillatory Temperature Distribution in a Floating-zone doe to the Marangoni Convection”, Acta Astronoutica, Vol. 73, p. 352-360.
2. Kamotani Y., Ostrach S. (1988): ‘Theoretical Analysis of Thermocapillary Flow in Cylindrical Columns of High Prandtl Number Fluids”, Journal of Heat Transfer, Vol. 758, p. 758-764.
3. Kamotani Y., Ostrach S., Vargas M. (1984): “Oscillatory Thermocapillary Flow in a Simulated Floating-zone Convection Configuration’, Journal. of Crystal Gowth, Vol. 66, p. 83-90.
4. Kamotani Y., Wang L., Hatta S., Selver R., Bhunia P.S., Yoda S. (2001a): “Effect of Cold Wall Temperature on Onset of Oscillatory Thermo capillary Flow”, 39th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, NV.
5. Kamotani Y., Wang L., Hatta S., Selver R., Yoda S. (2001b): “Effect of Free Surface Heat Transfer on Onset of Oscillatory Thermocapillary Flow of High Prandtl Number Fluid”, J. Japan Soc. Microgravity Appl., Vol. 18, No. 4, p. 283-288.
6. Masud J. (1997): “The Influence of Gravity on Thermocapillary Flows in High Prandtl Number Fluids”, Ph.D. Thesis, Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Case Western Reserve University, Cleveland, Ohio.
7. Ostrach S. (1977): “Motion Induced by Capillarity”, Physico Chemical Hydrodynamics 2 (Ed. D.B. Spolding), p. 571.
8. Preisser F., Schwabe D., Scharmann A. (1983): “Steady and Oscillatory Thermocapillary Convection in Liquid Columns with Free Cylindrical Surface”, J. Fluid Mech., vol. 126, p. 545-567.