Space Investigations of Monotectic Alloys (SIMONA)

Abstract

Ein Probenaufbau und Experimentparameter für eine Experimentdauer von ca. 6 Minuten auf einer Höhenforschungsrakete (TEXUS-60) ließen sich realisieren. Die μg-Qualität war sehr gut. Das verwendete Material Succinonitril-0,82 Gewichtsanteil Wasser zeigt eine Entmischung einer homogenen Flüssigkeit in Tropfen mit einer umgebenden Flüssigkeit (Matrix) bei Abkühlung. Die Tropfen bewegen sich unter Schwerelosigkeit aufgrund von Thermokapillarität in einem Temperaturgradienten. Unter Erdbedingungen ist der Gravitationsanteil auf die Tropfen vergleichsweise niedrig, es entstehen aber komplexe Konvektionsströme. Der Volumenanteil des Zweiphasengebiets nimmt in allen Experimenten weitestgehend linear zu und ist vergleichbar unabhängig von Gravitation. Eine Tropfenzone lässt sich also gut produzieren. Eine Benetzung der transparenten Scheiben mit Tropfen ließ sich nie vollständig vermeiden und nimmt mit Experimentdauer zu. Die Tropfen folgen dem linearen Gesetz von Young et al. (YGB) sehr gut und wir konnten die Temperaturabhängigkeit der Oberflächenspannung aus den Daten berechnen. Der Wert liegt sinnvoll zwischen reinem Wasser und reinem SCN. Eine Bilderkennung mit KI-Methoden ist sehr sinnvoll, da sich so Statistik mit großen Tropfenzahlen betreiben lässt. Insbesondere der SORT-Algorithmus hilft hier bei der Bewegungsmodellierung. Wir haben die Möglichkeiten der KI und des tracking-Algorithmus nicht vollständig ausreizen können aus Zeitgründen, aber hier wäre eine noch detailliertere Auswertung von Vereinigungen von Tropfen möglich gewesen. Aus wissenschaftlicher Sicht wäre eine Modellierung von gleichzeitiger Bewegung und Auflösung - wie experimentell beobachtet - sinnvoll, war aber außerhalb des Projektziels. Es bleibt festzuhalten, dass die Auflösung das lineare Verhalten nach YGB nicht beeinflusst zu haben scheint. Wir haben eine signifikanten Abweichung vom YGB-Modell festgestellt für kleine Tropfendurchmesser, die wir nicht erklären können. A sample setup and experiment parameters for an experiment duration of approximately 6 minutes on a high-altitude research rocket (TEXUS-60) were successfully implemented. The μg quality was very good. The material used, succinonitrile-0.82 weight fraction water, shows a phase separation of a homogeneous liquid into droplets surrounded by a liquid (matrix) upon cooling. The drops move in a temperature gradient under weightlessness due to thermocapillarity. Under Earth conditions, the gravitational component on the drops is comparatively low, but complex convection currents arise. The volume fraction of the two-phase region increases largely linearly in all experiments and is comparable regardless of gravity. A droplet zone can therefore be easily produced. Wetting of the transparent glass covers with droplets could never be completely avoided and increases with the duration of the experiment. The droplets follow the linear law of Young et al. (YGB) very well, and we were able to calculate the temperature dependence of the surface tension from the data. The value lies between pure water and pure SCN, which makes sense. Image recognition using AI methods is very useful, as it allows statistics to be performed with large numbers of droplets. The SORT algorithm in particular helps with motion modeling here. Due to time constraints, we were unable to fully exploit the possibilities offered by AI and the tracking algorithm, but a more detailed evaluation of droplet clustering would have been possible here. From a scientific point of view, modeling simultaneous movement and dissolution - as observed experimentally - would have been useful, but this was beyond the scope of the project. It should be noted that the dissolution does not appear to have influenced the linear behavior according to YGB. We found a significant deviation from the YGB model for small drop diameters, which we cannot explain.