Technische Rheologie in Beispielen und Berechnungen

ISBN-13: 9783527336043 / Niemiecki / Miękka / 2013 / 198 str.

Rüdiger Worthoff

Spis treści

Vorwort IX

Wichtige Formelzeichen XI

Teil I Theoretische Grundlagen der Rheologie 1

1 Theoretische Grundlagen 3

Teil II Technische Anwendungen der Rheologie 15

2 Allgemeine Grundbegriffe 17

2.1 Ableitungen 17

2.2 Materielle Objektivität 18

2.3 Bilanzen in algebraischer Darstellung 18

2.4 Die Massenbilanz in Koordinatenform 19

2.5 Die Impulsbilanz in Koordinatenform 19

2.6 Symmetrie des Spannungstensors 21

2.7 Temperatur– und Druckabhängigkeit der Viskosität 21

2.8 Scheinbare Viskosität 22

2.9 Repräsentative Viskosität 23

2.10 Repräsentativer Radius bei Rohrströmungen 23

2.11 Dehnviskosität 24

2.12 Volumenviskosität 26

2.13 Fließmodelle 26

2.14 Kriechfunktion und Relaxationsfunktion 29

2.15 Instationäres Fließen 31

2.16 Jeffreys–Oldroyd–Substanz bei Schichtenströmungen 32

3 Rheometrie 35

3.1 Rohr–Rheometer 36

3.1.1 Auswertebeziehung 36

3.1.2 Newtonsche Fluide 38

3.1.3 Einlaufeffekte 39

3.1.4 Normalspannungskomponenten 40

3.1.5 Normalspannungsgradienten 40

3.1.6 Bestimmung der Fließfunktion 41

3.1.7 Repräsentative Größen im Rohrrheometer 42

3.1.8 Wandgleitende Medien 43

3.1.9 Ringspalt–System 44

3.2 Couette–Rheometer 48

3.2.1 Deformationsgeschwindigkeit 48

3.2.2 Auswertebeziehung für die Fließfunktion 49

3.2.3 Newtonsche Flüssigkeiten 51

3.2.4 Einzylindersysteme 51

3.2.5 Enge Spaltgeometrie 52

3.2.6 Normalspannungsfunktionen 52

3.2.7 Ostwald–de–Waele–Flüssigkeit 53

3.2.8 Messung kleiner Schergeschwindigkeiten 55

3.2.9 Hämorheometrie 57

3.3 Kegel–Platte–Rheometer 59

3.3.1 Auswertungsbeziehungen für die Fließkurve 60

3.3.2 Normalspannungsfunktionen 61

3.3.3 Fehlerkalkulation 62

3.3.4 Jeffreys–Oldroyd–Flüssigkeit 63

3.4 Kugel–Kugel–Rheometer 64

3.5 Scheiben–Rheometer 67

4 Rohrströmung 71

4.1 Ostwald–de–Waele–Fluide 71

4.2 Rabinowitsch–Fluide 75

4.3 Prandtl–Eyring–Fluide 77

4.4 Bingham–Substanzen im waagrechten Rohr 78

4.5 Bingham–Substanz in senkrechtem Rohr 80

4.6 Newtonsche Fluide imkoaxialen Ringrohr 81

4.7 Ostwald–de–Waele–Fluide im koaxialen Ringrohr 83

4.8 Bypass mit Potenzflüssigkeit 85

4.9 Blutströmung 86

4.10 Repräsentative Viskosität für Fließgesetze 88

4.11 Druckverlustrechnung eines Potenzfluids 89

4.12 Pumpleistung für eine Bingham–Substanz 90

4.13 Elementare Berechnung der repräsentativen Viskosität 91

4.14 Pipelinekalkulation 92

4.15 Maxwell–Fluide 93

4.16 Freistrahl 95

4.17 Rohrströmung bei poröser Wand 98

4.18 Drahtisolierung 100

4.19 Kennzahlen für eine Rabinowitsch–Flüssigkeit 103

4.20 Scale–up 104

5 Strömungen in Rührwerken 107

5.1 Zylinderrührwerk 107

5.2 Bingham–Substanz 110

5.3 Prandtl–Eyring–Flüssigkeit 111

5.4 Auslaufvorgang 112

5.5 Elementare Leistungsberechnung 114

5.6 Rührkesselreaktor 116

5.7 Lagerkräfte 118

5.8 Modellübertragung 120

5.9 Scale–up 122

6 Strömungen in unterschiedlichen Geometrien 125

6.1 Strömung zwischen parallelen Ebenen 125

6.2 Radialströmung in einem Scheibenspalt 126

6.3 Ostwald–de–Waele–Fluide auf schiefer Ebene 129

6.4 Bingham–Flüssigkeit auf schiefer Ebene 130

6.5 Strömung durch eine Kreisdüse 131

6.6 Strömung durch eine Breitschlitzdüse 133

6.7 Repräsentative Werte für den Rechteckkanal 135

6.8 Bingham–Substanz in Extrudern 136

6.9 Rabinowitsch–Flüssigkeit in Extrudern 138

6.10 Extruderwerkzeuge 140

6.11 Kalanderströmung 141

6.12 Strömung durch eine hyperboloidische Verengung 144

6.13 Strömung durch einen Hyperbelspalt 148

7 Wärmeübertragungsprobleme an rheologischen Medien 153

7.1 Wärmeübergang von einer beheizten Behälterwand an eine Rabinowitsch–Flüssigkeit 153

7.2 Wärmeübergang von einer beheizten Rohrwand an eine durchströmende Prandtl–Eyring–Flüssigkeit 156

7.3 Wärmeübertragungscharakteristik für Ostwald–de–Waele–Flüssigkeiten in beheizten Rohren 158

7.4 Wärmeübertragungscharakteristik für Bingham–Substanzen in beheizten Rohren 159

Glossar 161

Literatur 165

Antworten auf die Fragen zur Selbstkontrolle 169

Index 179

O autorze

Rüdiger H. Worthoff hat an der RWTH-Aachen über ein rheometrisches Thema promoviert und war als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Verfahrenstechnik in der Arbeitsgruppe Rheologie tätig. Danach war er sachverständiger Gutachter bei einer technischen Überwachungsorganisation und anschließend Professor für Verfahrens- und Sicherheitstechnik. Sein akademisches Interesse galt und gilt der angewandten Fluiddynamik und Rheologie.