Marangoni-Zahl

Marangoni-Zahl

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Physikalische Kennzahl
Name Marangoni-Zahl
Formelzeichen $ {\mathit {Ma}},{\mathit {Mg}} $
Dimension dimensionslos
Definition $ {\mathit {Ma}}=-{\frac {\partial \sigma }{\partial T}}{\frac {L\Delta T}{\eta a}} $
$ \sigma $ Grenzflächenspannung
$ L $ charakteristische Länge
$ \Delta T $ Temperaturdifferenz
$ \eta $ dynamische Viskosität
$ a $ Temperaturleitzahl
Benannt nach Carlo Marangoni
Anwendungsbereich Marangoni-Konvektion

Die Marangoni-Zahl $ {\mathit {Ma}} $[1] oder $ {\mathit {Mg}} $ (benannt zu Ehren des italienischen Physikers Carlo Marangoni) ist eine dimensionslose Kennzahl aus dem Bereich der Strömungsmechanik. Sie ist ein Maß für die Stärke der kapillaren Konvektion an Grenzflächen (Marangoni-Konvektion).

Die Marangoni-Konvektion ist eine Strömung an Grenzflächen, die durch lokale Unterschiede der Grenzflächenspannung $ \sigma $ verursacht wird. Da die Grenzflächenspannung der meisten Stoffe bei zunehmender Temperatur $ T $ abnimmt, entsteht eine Strömung von warmen zu kalten Bereichen der Grenzfläche.[2] In diesem Fall der thermokapillaren Konvektion, die durch Temperaturdifferenzen $ \Delta T $ bedingt sind, lässt sich die Maragoni-Zahl definieren als:

$ {\mathit {Ma}}=-{\frac {\partial \sigma }{\partial T}}{\frac {L\Delta T}{\eta a}} $

Dabei bezeichnet

  • $ L $ die charakteristische Länge
  • $ \eta $ die dynamische Viskosität, d. h. die Zähflüssigkeit des Fluids, welche der Konvektion entgegenwirkt
  • $ a $ die Temperaturleitzahl (englisch thermal diffusivity).

Einzelnachweise

  1. J. Straub, A. Weinzierl, M. Zell: Thermokapillare Grenzflächenkonvektion an Gasblasen in einem Temperaturgradientenfeld. In: Wärme- und Stoffübertragung. Band 25, Nr. 5, 1990, S. 281–288, doi:10.1007/BF01780740 (Online [PDF]).
  2. Thierry Duffar (Hrsg.): Crystal Growth Processes Based on Capillarity. John Wiley & Sons, 2010, ISBN 1-4443-2021-1, S. 414 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

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