Am Lehrstuhl Aerodynamik und Strömungslehre der BTU Cottbus-Senftenberg wird im Rahmen des Projektes „Untersuchungen zur thermischen Konvektion im konzentrischen Spalt mit elektrischem Zentralkraftfeld unter verminderter Schwerkraft (KIKS)“ der Einfluss eines elektrohydrodynamischen Kraftfeldes auf den Wärme- und Stofftransport in einem Zylinderspalt untersucht. Der Zylinderspalt wird durch zwei konzentrisch angeordnete, vertikal ausgerichtete Zylinder aufgespannt.
Der Spalt ist mit einem dielektrischen Öl gefüllt, dessen Viskosität beispielweise im Bereich von Wasser liegt. Der innere Zylinder wird beheizt und der äußere Zylinder wird von außen gekühlt, so dass senkrecht zur Erdschwerkraft ein Temperaturunterschied aufgeprägt wird. Dies führt zunächst zum Ausbilden einer auftriebsbedingten Konvektionszelle, die den gesamten Untersuchungsraum erfasst. Dabei steigt erwärmte, leichtere Flüssigkeit am beheizten Innenzylinder auf und sinkt am gekühlten Außenzylinder ab. An der Boden- und der Deckelplatte des Zylinders verläuft die Strömung weitgehend horizontal. Wird der Temperaturunterschied erhöht, führt diese Verstärkung des thermischen Antriebs zu konvektiven Instabilitäten, das heisst,. die oben beschriebene Grundströmung bleibt nicht stabil, sondern nimmt neue Strömungsformen an. Wenn auf dieses System nun ein elektrohydrodynamisch wirkendes Kraftfeld in Form einer angelegten Wechselspannung wirkt, so führt die Temperaturabhängigkeit der relativen Dielektrizitätskonstante (Permittivität) zu einer elektrohydrodynamischen Kraftwirkung. Dieser Effekt erhöht sich einerseits mit der Größe der Hochspannung und andererseits mit abnehmender Spaltgröße bzw. der Größe der Zylinderradien.
Unter Erdbedingungen stört dieses künstliche Kraftfeld lediglich die Stabilität der Auftriebsströmung, die sich aufgrund von Temperaturunterschieden ausbildet. Unter Mikrogravitationsbedingungen, wie sie zum Beispiel im Parabelflug auftreten, wird diese Auftriebsströmung sehr gering. Das durch die Hochspannung aufgebaute Kraftfeld ist dann allein ausschlaggebend für das Entstehen der Konvektionsbewegung.
In unseren Parabelflugexperimenten wird zum einen mit verschiedenen Messtechniken die Strömung sichtbar gemacht und zum anderen Veränderungen des Wärmetransports gemessen. Die aus diesem Experiment gewonnenen Ergebnisse geben einen besseren Einblick in die Strömungskontrolle von Fluiden und können so für die Weiterentwicklung von Miniaturwärmetauschern, Mikropumpen oder Mikromischern genutzt werden.