Experimentelle Untersuchungen doppelt diffusiver Konvektion im Finger-Regime

Experimental study of double diffusive convection in the finger regime

by Ellen-Christin Hage
Doctoral thesis
Date of Examination:2010-07-14
Date of issue:2010-07-30
Advisor:Prof. Dr. Andreas Tilgner
Referee:Prof. Dr. Andreas Dillmann
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2719

 

 

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Abstract

English

An electrodeposition cell is used to sustain a destabilizing concentration difference of copper ions in aqueous solution between the top and bottom boundaries of the cell. The resulting convecting motion is analogous to Rayleigh-Bénard convection at high Prandtl numbers. In addition, a stabilizing temperature gradient is imposed across the cell. Even for thermal buoyancy two orders of magnitude smaller than chemical buoyancy, the presence of the weak stabilizing gradient has a profound effect on the convection pattern. Double diffusive fingers appear in all cases. The flow of these fingers is independent of the height of the cell, but it depend on the ion concentration difference between top and bottom boundaries as well as on the imposed temperature gradient. The scaling of the finger size, of the flow velocity and of the mass transport is given and discussed with other flow properties.
Keywords: double diffusion; convection; salt finger; electrodeposition; thermohaline transport

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Elektrochemisch wird zwischen der oberen und unteren Platte einer elektrolytischen Kupfersulfat-Zelle eine destabilisierende Konzentrationsdifferenz angelegt und erhalten. Die resultierende Strömung ist analog zur Rayleigh-B6#233;nard-Konvection großer Prandtl-Zahlen. Zusätzlich wird ein stabilisierender Temperaturgradient dazugeschaltet. Selbst für thermische Auftriebskräfte, die zwei Größenordnungen kleiner als die chemischen sind, sorgt der stabilisierende Einfluss der Temperatur für ein grundsätzlich anderes Strömungsbild: in allen Fällen bilden sich Salzfinger aus. Diese Salzfinger-Strömung ist unabhängig von der Zellhöhe und wird nur durch die Konzentrationsdifferenz zwischen oberer und unterer Platte sowie durch den Temperaturgradienten beeinflusst. Skalierungsgesetze für die Fingerdicke, die Strömungsgeschwindigkeit und den Massentransport werden gegeben und mit weiteren Strömungseigenschaften diskutiert.
Schlagwörter: Doppeldiffusion; Konvektion; Salzfinger; Elektrodeposition; thermohaliner Transport
 
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