Shear viscosity behavior of highly concentrated suspensions at low and high shear-rates

A method is proposed for determining the shear viscosity behavior of highly concentrated suspensions at low and high shear-rates through the use of a formulation that is a function of three parameters signifying the effects of particle size distribution. These parameters are the intrinsic viscosity [], a parametern that reflects the level of particle association at the initiation of motion and the maximum packing concentration _m. The formulation reduces to the modified Eilers equation withn = 2 for high shear rates. An analytical method was used for the calculation of maximum packing concentration which was subsequently correlated with the experimental values to account for the surface induced interaction of particles with the fluid. The calculated values of viscosities at low and high shear-rates were found to be in good agreement with various experimental data reported in literature. A brief discussion is also offered on the reliability of the methods of measuring the maximum packing concentration. _r = /₀ relative viscosity of the suspension - volumetric concentration of solids - k _n coefficient which characterizes a specific effect of particle interactions - _m maximum packing concentration - _r,0 relative viscosity at low shear-rates - [] intrinsic viscosity - n, n parameter that reflects the level of particle interactions at low and high shear-rates, respectively - _r, relative viscosity at high shear-rates - (_m)_s, (_m)_i, (_m)_l packing factors for small, intermediate and large diameter classes - v _s, v_i, v_l volume fractions of small, intermediate and large diameter classes, respectively - _si, _sl coefficient to be used in relating a smaller to an intermediate and larger particle group, respectively - _is, _il coefficient to be used in relating an intermediate to a smaller and larger particle group, respectively - _ls, _li coefficient to be used in relating a larger to a smaller and intermediate particle group, respectively - _m0 maximum packing concentration for binary mixtures - _m,e measured maximum packing concentration - _m,c calculated maximum packing concentration     

Theoretische Untersuchung der laminaren Zweistoff-grenzschichtströmung längs eines verdunstenden Flüssigkeitsfilms bei nichtadiabater Verdunstung

Zusammenfassung Zur Klärung der physikalischen Vorgänge im Verdampferteil einer Filmverdampfungsbrennkammer wird in Erweiterung der adiabaten Verdunstung der Fall der einseitig benetzten ebenen Platte behandelt, die sowohl im Gleichals auch im Gegenstrom von der heißen Außenluft umströmt wird. Die für beide Strömungsfälle maßgebenden Grenzschichtgleichungen werden simultan unter Berücksichtigung temperatur- und konzentrationsabhängiger Stoffwerte mit einem impliziten Differenzenverfahren gelöst. Dabei ergeben sich für den Gleichstrom ähnliche Lösungen des gekoppelten Gleichungssystems, die mit den ähnlichen, für die adiabate Verdunstung geltenden Lösungen verglichen werden. Die Berechnung der durch den Stoffübergang beeinflußten Grenzschicht parameter zeigt, daß das Modell der Gegenstromanordnung, bei der sich nichtähnliche Profile entlang der Filmoberfl äche einstellen, für einen möglichen Einsatz in einer Filmverdampfungsbrennkammer am besten geeignet ist.

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Theoretical investigation on the binary laminar boundary-layer flow along a vaporizing liquid layer at non-adiabatic evaporation

For clarification the physical process in the evaporating part of a film-evaporation combustion-chamber in addition to the adiabatic evaporation the case of a one-sided wet plate in co- and counter-current hot air flow is presented. The boundary-layer equations for both streams are solved simultaneously with an implicit finite-difference method taking into account variable fluid properties. Thereby the similar solutions obtained for the co-current flow are compared with the corresponding similar solutions for the case of the adiabatic evaporation. Contrary to the co-current flow the counter-current flow yields non-similar solutions and the computation of the boundary-layer parameters influenced by the evaporation mass-flow shows, that the model of counter-current flow is best suitable for application in a film-evaporation combustion-chamber.

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Bezeichnungen A_j, B_j Abkürzungen in der allg. Differenzen - C_j gleichung (36) - c Massenkonzentration, bezogen auf Gemischmasse - c_f Dimensionsloser örtlicher Reibungsbeiwert - c_p Spezifische Wärmekapazität - D₁₂ Diffusionskoeffizient - h Enthalpie des Gasgemisches - K₁, K₂ Abkürzungen in der Gl. (5) - K₅, K₆ Abkürzungen in der Gl.(22) - L Plattenlänge - M Molmasse - m₁ Massenstromdichte, verdunstende Masse je Flächen- und Zeiteinheit - m^* Dimensionslose Massenstromdichte, Verdunstungsparameter nach Gl.(32) - m^** Örtliche dimensionslose Massenstromdichte nach Gl. (33) - P_Gr Stellvertretende Größe für die Grenzschicht parameter c_f, St_T und St_m nach Gl. (34) - p Statischer Druck (=Summe der Partialdrücke) - p_1w Sättigungsdruck an der Filmoberfläche - q Wärmestromdichte - r Verdampfungsenthalpie - r _1w ^* Dimensionslose Verdampfungsenthalpie nachGl.(25) - u Geschwindigkeit in x-Richtung - v Geschwindigkeit in y-Richtung - x Längskoordinate - ¯x Längskoordinate für den Gegenstrom s. Bild 14 - x_A Wärmeisolierte Anlaufstrecke s. Bild 14 - x^* Dimensionslose Längskoordinate für das Dreipunkt-Differenzenverfahren x^*=x/_s - y Querkoordinate - y^* Normierte Querkoordinate für das Drei punkt-Differenzenverfahren y^*=y/_s - ₁ Dimensionslose Verdrängungsdicke nach Gl.(27) - ₂ Dimensionslose Impulsverlustdicke nach Gl.(28) - _c Konzentrationsgrenzschichtdicke (y-Wert für =0.99) - _s Strömungsgrenzschichtdicke (y-Wert für u/u=0.99) - _T Temperaturgrenzschichtdicke (y-Wert für = 0.99) - _T Dimensionsloser Wandabstand nach Gl.(37) - Normierte absolute Temperatur (= (T – T_w)/(T _{– T w}) - Wärmeleitfähigkeit - Dynamische Zähigkeit - Kinematische Zähigkeit - Dichte - Schubspannung - Allgemeine abhängige Variable (s. Tabelle 1) Normierte Massenkonzentration (=(c₁–c_1w/(c₁–c_1w)) - Nu Nußelt-Zahl (= L(T/yT/y)_w/(T–T_w)) - Pr Prandtl-Zahl (=c_p/) - Re_x Reynolds-Zahl (=ux/) - Re_L Reynolds-Zahl (=uL/) - Re_s Reynolds-Zahl (= u_s/) - Sc Schmidt-Zahl (=/D₁₂) - St_m Stanton-Zahl des Stoffübergangs nach Gl.(31) - St_T Stanton-Zahl des Wärmeübergangs nach Gl.(30) Indizes 0 Bezogen auf Strömung ohne Stoffübergang - 1 Gas 1 (Benzoldampf) - 2 Gas 2 (Luft) - Ungestörter Anströmzustand der Luft - ad Charakteristische Werte des adiabaten Strömungsfalles - Geg Charakteristische Werte des Gegenstroms - Gl Charakteristische Werte des Gleichstroms - j Diskreter Punkt in y-Richtung - k Diskreter Punkt in x-Richtung - w Werte an der Plattenoberfläche - + Werte an der benetzten Plattenoberseite - – Werte an der trockenen Plattenunterseite Auszug aus der von der Fakultät für Maschinenbau und Elektrotechnik der Technischen Universität Braunschweig zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieurs genehmigten Dissertation über Theoretische Untersuchung der laminaren Zweistoffgrenzschichtströmung längs einer benetzten, ebenen Platte bei nichtadiabater Verdunstung des Diplom-Ingenieurs Klaus Pientka. Berichterstatter: Prof. Dr. phil. Dr.-Ing. E.h. H. Schlichting und Prof. Dr.-Ing. D. Hummel. - Die Dissertation wurde am 14 Juni 1976 bei der Technischen Universität eingereicht. Die mündliche Prüfung fand am 23. November 1976 statt.     

Flow through a helically coiled annulus

In this paper the flow is studied of an incompressible viscous fluid through a helically coiled annulus, the torsion of its centre line taken into account. It has been shown that the torsion affects the secondary flow and contributes to the azimuthal component of velocity around the centre line. The symmetry of the secondary flow streamlines in the absence of torsion, is destroyed in its presence. Some stream lines penetrate from the upper half to the lower half, and if is further increased, a complete circulation around the centre line is obtained at low values of for all Reynolds numbers for which the analysis of this paper is valid, being the ratio of the torsion of the centre line to its curvature.Nomenclature A =constant - a outer radius of the annulus - b unit binormal vector to C - C helical centre line of the pipe - D rL - g 1000 - K Dean number=Re² - L 1+r sin - M (L ²+ ² r ²)^1/2 - n unit normal vector to C - P, P pressure and nondimensional pressure - p ₀, p pressures of O(1) and O() - Re Reynolds number=aW ₀/ - (r, , s), (r, , s) coordinates and nondimensional coordinates - nonorthogonal unit vectors along the coordinate directions - r ₀ radius of the projection of C - t unit tangent vector to C - V _r, V , V _s velocity components along the nonorthogonal directions - V_r, V, V _s nondimensional velocity components along - W ₀ average velocity in a straight annulus Greek symbols , curvature and nondimensional curvature of C - U, V, W lowest order terms for small in the velocity components along the orthogonal directions t - _r, , _s first approximations to V _r , V, V _s for small - =/=/ - kinematic viscosity - density of the fluid - , torsion and nondimensional torsion of C - , stream function and nondimensional stream function - nondimensional streamfunction for U, V - a inner radius of the annulus After this paper was accepted for publication, a paper entitled On the low-Reynolds number flow in a helical pipe, by C.Y. Wang, has appeared in J. Fluid. Mech., Vol 108, 1981, pp. 185–194. The results in Wangs paper are particular cases of this paper for =0, and are also contained in [9].     

Instationäre Messung der Wärmeleitfähigkeit mit optischer Registrierung

Zusammenfassung Die Wärmeleitfähigkeit von Wasser wird im Temperaturbereich von 20 bis 90 °C und bei 1 bar mit einem neuen instationären Absolutverfahren bestimmt. Zur Aufzeichnung des instationären Feldes des Brechungsindex und der Temperatur werden zwei interferometrische Anordnungen benutzt: Die Methode vonMach-Zehnder und das Biprismaverfahren. Die Ergebnisse stehen in guter Übereinstimmung zu den Messungen anderer Autoren, die stationäre Methoden benutzten. Die Unsicherheit der 374 Einzelmessungen wird auf höchstens±1% geschätzt. Damit ist nachgewiesen, daß ein instationäres Meßverfahren mit optischer Registrierung mit den klassischen stationären Verfahren hinsichtlich der Meßunsicherheit konkurrieren kann. Das instationäre Verfahren kommt ohne kalorische Messungen aus und besteht bei optischer Registrierung im wesentlichen aus Längenmessungen.

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Unsteady-state measurements of the thermal conductivity with optical recording

The thermal conductivity of water in the temperature region from 20 to 90°C and at 1 bar was measured by means of a new unsteady-state absolute method. To record the unsteady-state field of the index of refraction and of the temperature, two interferometric arrangements were used: TheMach-Zehnder and the biprisma methods. The results are in good agreement with measurements of other authors, who had used steady-state methods. The maximum degree of uncertainty of the 374 measurements is estimated to be±1%. Thus it is shown that unsteady-state methods with optical recording can well be compared with classical steady-state methods regarding uncertainties. The method does not require caloric measurements and uses primarly determinations of lengths.

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Bezeichnungen A=2 a in den Auswerteverfahren gebrauchte Abkürzung, m - B=q _x=0/ in den Auswerteverfahren gebrauchte Abkürzung, grd/m - F Fläche, m² - Fo=a/x ² Fourierzahl - I Strom, A - R Widerstand, - U Spannung, V - T Kelvintemperatur, °K - a=/c _p Temperaturleitfähigkeit, m²/s - Wärmeeindringzahl, Ws^1/2/m²grd - c _p isobare spezifische Wärmekapazität, kJ/kggrd - l Modellänge, m - n Brechungsindex - q Wärmestromdichte, W/m² - t Celsiustemperatur, °C - =1/ spezifisches Volumen, m³/kg - x Wandabstand, Ortskoordinate, m - z Ordnungszahl der Interferenzstreifen - =/_x=0 dimensionslose Übertemperatur - n=n -n _x=0 Brechungsindexdifferenz - Verhältnis der Wärmeeindringzahlen - Übertemperatur, grd - Wärmeleitfähigkeit, W/mgrd - Lichtwellenlänge, m - =1/ Dichte, kg/msu3 - Zeit, s Indices Zustand des Bades, Umgebung - x=0 Wand - z Stelle der z-ten Ordnung - i Laufparameter - err errechneter Wert - mess Meßwert - Bez Bezug Auszug aus der von der Fakultät für Maschinenwesen, und Elektrotechnik der Technischen Hochschule München genehmigten Dissertation von J.Bach.     

Berechnung der Wärmestrahlung in athermanen Medien mittels einer verallgemeinertenn-Flußmethode

Zusammenfassung Zur Beschreibung des Strahlungsenergieaustauschs wird eine systematisch erweiterbaren-Flußmethode entwickelt, die für die Richtungsabhängigkeit der Strahlungsintensität einen Potenzreihenansatz verwendet. Hierdurch sind gegenüber klassischen Flußmethoden die Strahlungsflüsse in verschiedenen Richtungen stärker gekoppelt, und es kann die Flußanzahl unabhängig von der Dimensionalität des Gesamtmodells gewählt werden. Strahlungsberechnungen an eindimensionalen Geometrien zeigen durch Vergleich mit exakten Lösungen die mit der Flußanzahl wachsende Genauigkeit der Methode bei mittleren optischen Dichten bis hin zu einem 9-Flußmodell.

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Prediction of the thermal radiation in atherm media with an extendablen-flux-method

To describe the exchange of radiation energy has been developed a systematically extendablen-flux-method which copes with the direction-dependency of radiation intensity by using a power series approach. Compared with classical flux-methods there is in this case a stronger linkage among the radiation fluxes in different directions and, moreover, the number of fluxes may be selected irrespective of the dimensionality of the overall model. Radiation calculations on onedimensional geometries have demonstrated, by way of comparison with exact solutions, the increasing accuracy of the method, with medium optical densities, up to a 9-flux-model.

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Formelzeichen A m² Fläche - e ₁,e ₂,e ₃ Einheitsvektoren - e₁, e₂, e₃ Richtungskosinus - f W/m² sr differentieller, vektorieller Strahlungsfluß - f W/m³ sr spektraler, differentieller, vektorieller Strahlungsfluß - g W/m² skalarer Strahlungsfluß - g W/m³ spektraler, skalarer Strahlungsfluß - h J_s Plancksches Wirkungsquantum - i W/m² sr Strahlungsintensität - g _b W/m³ sr spektrale Strahlungsintensität eines - i _ij W/m² sr Intensitätskoeffizienten - i W/m³ sr spektrale Strahlungsintensität - k J/K Boltzmann-Konstante - L m Spaltbreite - R m Zylinderradius - r={r,, z} m Ortsvektor - T K Temperatur - _w, _w Absorptions-, Emissionsgrad der Wand - =r/R norm. radiale Koordinate - _A , _S m^–1 Absorptions-, Streukoeffizient - _A, , _S, m^–1 spektraler Absorptions-, Streukoeffizient - m Wellenlänge - =2z/L norm, axiale Koordinate - ₀=_A L/2 optische Dichte - ₀= _A R optische Dichte - W/m² K⁴ Stefan-Boltzmann-Konstante - _s W/m² Strahlungsfluß - ={, } Richtungseinheitsvektor - _n Normaleneinheitsvektor an der Wand Indizes W Wand - + vorwärtig - – rückwärtig     

Über den Einfluß von Querkrümmung und Dichte bei inhomogenen turbulenten Freistrahlen

Zusammenfassung Zur Berechnung turbulenter Strömungen wird das k--Modell im Ansatz für die turbulente Scheinzähigkeit erweitert, so daß es den Querkrümmungs- und Dichteeinfluß auf den turbulenten Transportaustausch erfaßt. Die dabei zu bestimmenden Konstanten werden derart festgelegt, daß die bestmögliche Übereinstimmung zwischen Berechnung und Messung erzielt wird. Die numerische Integration der Grenzschichtgleichungen erfolgt unter Verwendung einer Transformation mit dem Differenzenverfahren vom Hermiteschen Typ. Das erweiterte Modell wird auf rotationssymmetrische Freistrahlen veränderlicher Dichte angewendet und zeigt Übereinstimmung zwischen Rechnung und Experiment.

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On the influence of transvers-curvature and density in inhomogeneous turbulent free jets

The prediction of turbulent flows based on the k- model is extended to include the influence of transverse-curvature and density on the turbulent transport mechanisms. The empirical constants involved are adjusted such that the best agreement between predictions and experimental results is obtained. Using a transformation the boundary layer equations are solved numerically by means of a finite difference method of Hermitian type. The extended model is applied to predict the axisymmetric jet with variable density. The results of the calculations are in agreement with measurements.

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Bezeichnungen Wirbelabsorptionskoeffizient - c_i Massenkonzentration der Komponente i - c_D, c_L, c, c₁, c₂ Konstanten des Turbulenzmodells - d Düsendurchmesser - E bezogene Dissipationsrate - f bezogene Stromfunktion - f Korrekturfunktion für die turbulente Scheinzähigkeit - j turbulenter Diffusionsstrom - k Turbulenzenergie - k_i Schrittweite in -Richtung - K dimensionslose Turbulenzenergie - L turbulentes Längenmaß - M_i Molmasse der Komponente i - p Druck - allgemeine Gaskonstante - r Querkoordinate - r_0,5 Halbwertsbreite der Geschwindigkeit - r_0,5c Halbwertsbreite der Konzentration - T Temperatur - u Geschwindigkeitskomponente in x-Richtung - v Geschwindigkeitskomponente in r-Richtung - x Längskoordinate - y allgemeine Funktion - Y_i diskreter Wert der Funktion y - Relaxationsfaktor für Iteration - turbulente Dissipationsrate - transformierte r-Koordinate - kinematische Zähigkeit - Exponent - transformierte x-Koordinate - Dichte - _k, Konstanten des Turbulenzmodells - Schubspannung - allgemeine Variable - Stromfunktion - Turbulente Transportgröße Indizes 0 Strahlanfang - m auf der Achse - r mit Berücksichtigung der Krümmung - t turbulent - mit Berücksichtigung der Dichte - im Unendlichen - Schwankungswert oder Ableitung einer Funktion - – Mittelwert Herrn Professor Dr.-Ing. R. Günther zum 70. Geburtstag gewidmet     

Transport in ordered and disordered porous media I: The cellular average and the use of weighting functions

In this work we consider transport in ordered and disordered porous media using singlephase flow in rigid porous mediaas an example. We defineorder anddisorder in terms of geometrical integrals that arise naturally in the method of volume averaging, and we show that dependent variables for ordered media must generally be defined in terms of thecellular average. The cellular average can be constructed by means of a weighting function, thus transport processes in both ordered and disordered media can be treated with a single theory based on weighted averages. Part I provides some basic ideas associated with ordered and disordered media, weighted averages, and the theory of distributions. In Part II a generalized averaging procedure is presented and in Part III the closure problem is developed and the theory is compared with experiment. Parts IV and V provide some geometrical results for computer generated porous media.Roman Letters A interfacial area of the- interface contained within the macroscopic region, m² - A_e area of entrances and exits for the-phase contained within the macroscopic system, m² - g gravity vector, m/s² - I unit tensor - K traditional Darcy's law permeability tensor, m² - L general characteristic length for volume averaged quantities, m - characteristic length (pore scale) for the-phase - (y) weighting function - m(–y) (y), convolution product weighting function - _v special weighting function associated with the traditional averaging volume - N unit normal vector pointing from the-phase toward the-phase - p pressure in the-phase, N/m² - p0 reference pressure in the-phase, N/m² - p traditional intrinsic volume averaged pressure, N/m² - r0 radius of a spherical averaging volume, m - r position vector, m - r position vector locating points in the-phase, m - averaging volume, m³ - V volume of the-phase contained in the averaging volume, m³ - V _cell volume of a unit cell, m³ - v velocity vector in the-phase, m/s - v traditional superficial volume averaged velocity, m/s - x position vector locating the centroid of the averaging volume or the convolution product weighting function, m - y position vector relative to the centroid, m - y position vector locating points in the-phase relative to the centroid, m Greek Letters indicator function for the-phase - Dirac distribution associated with the- interface - V/V, volume average porosity - mass density of the-phase, kg/m³ - viscosity of the-phase, Ns/m²     

Die scheinbare Wärmedurchgangszahl von Plattenwärmeaustauschern

Zusammenfassung Um bei Platten-Wärmeaustauschern die übertragene Wärme richtig zu erhalten, muß das Produkt aus der Wärmedurchgangszahl k=1/(1/a ₁ + / + 1/a ₂), der gesamten Heizfläche A und der mittleren logarithmischen Temperatur differenz _m im allgemeinen noch mit einem Korrekturfaktor Z multipliziert werden, der von der Fließweganzahl n und der dimensionslosen Größe =(k A₀)/(M c) abhängt: Q=Z (kA_m) =k_sA_m (k_s=scheinbare Wärmedurchgangszahl). Unter der Voraussetzung, daß Gegenstrom herrscht und das Umwälzverhältnis U=M₁c₁/M₂c₂=1 ist, konnte diese Funktion Z=Z (n, )=k_s/k jetzt im Anschluß an eine frühere Rechnung für die reine Hintereinanderschaltung beliebig vieler Fließwege bestimmt werden. Die gefundenen Formeln weisen für gerade und ungerade Fließweganzahlen kleine Unterschiede auf. Doch verlaufen beide Kurvenscharen so gleichartig, daß sie sich gegenseitig ergänzend sehr gut ineinander fügen. — Eine wichtige Folgerung aus den Rechnungsergebnissen ist, daß die scheinbare Wärmedurchgangszahl k_s bei einem gegebenem Austauscher für jeden Massenstrom einen absoluten Höchstwert hat.

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The apparent overall heat transfer coefficient of plate heat exchangers

In order to get the correct value of the transfered heat Q of plate heat exchangers one must multiply the product of the overall heat transfer coefficient k=(1/a ₁ + / + 1/a ₂), the total heating area A and the logarithmic mean temperature difference _m with a correction factor Z: Q=Z · k · A · _m =k_s · A_m, where k_s means the so called apparent overall heat transfer coefficient. Z is, as was shown in a previous paper, a function of the numbers of flow channels and the dimensionless quantity =(k · A₀)/M · c. In this paper, assuming counter flow and the validity of the relation U=M₁c₁/M₂c₂=1, the correction factor Z is determined for the pure series con nexion of any desired number of flow channels. — An important conclusion drawn from our results is, that for a given heat exanger, k_s has an absolute maximum value for every mass flow rate.

     

Beschreibung des visko-elastischen Verhaltens des polymeren Mischsystems Phenolnovolakharz-Nitrilkautschuk (PF/NBR) mit Hilfe der Van-der-Poel-Gleichung

Zusammenfassung Morphologische Untersuchungen an dem polymeren Mischsystem Phenolnovolakharz-Nitrilkautschuk haben gezeigt, daß diese Mischungen eine Struktur aufweisen, in der harte kugelige PF-Teilchen in einer Kautschukmatrix bzw. weiche Kautschukteilchen in einer Harzmatrix eingebettet sind. Mit Hilfe der morphologischen und mechanisch-dynamischen Untersuchungen wird versucht, das viskoelastische Verhalten von Polyblends mit der Van-der-Poel-Gleichung zu beschreiben. Es konnte gezeigt werden, daß bis zu ModulwertenGhart/Gweich ~ 100 eine gute Übereinstimmung mit der Van-der-Poel-Gleichung gefunden wird. Hohe Modulverhältnisse der harten Einlagerungskomponente zur weichen KomponentenGhart/Gweich ~ 1000, wie sie im kautschukelastischen Bereich auftreten, zeigen eine Übereinstimmung mit der Van-der-Poel-Gleichung nur bei einer Volumenkonzentration der harten EinlagerungskomponenteV _f < 0,3. Diese Ergebnisse werden mit anderen bekannten theoretischen Überlegungen über den Zusammenhang zwischen Elastizitätsmodul und Zusammensetzung von Verbundwerkstoffen verglichen.Schlüsselwörter Phenolnovolakharz-Nitrilkautschuk-System, viskoelastisches Verhalten, Torsionspendel, Van-der-Poel-Gleichung

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Summary Morphological investigations of the polymer compound-system novolak resin-nitril rubber (PF/NBR) have shown, that these mixtures exhibit structures, in which hard spherical particles are embedded in a rubber matrix, respectively soft rubber particles in a resin matrix.An attempt was made to describe the viscoelastic behaviour of these polyblends by means of morphological and dynamic-mechanical investigations with the relation given by Van der Poel.Up to ratios of the moduliGhard/Gsoft ~ 100 a good agreement with the Van-der-Poel equation was found. In the rubber elastic region at ratiosG hard/G soft ~ 1000 this agreement was found for volume concentrations of the phenolic componentV _f ~ 0.3 only.The results are compared with other existing theories on the correlation between elastic modulus and composition of compound materials.

Mit 7 Abbildungen und 6 Tabellen     

Über eine Anwendung der Hillschen Minimalbedingung in der Plastizitätstheorie

Zusammenfassung Auf dem gezeigten Weg wurden die Spannungen _r , , _z berechnet, wobei an Stelle der Veränderlichen r und die dimensionlosen Größen x _i = r _i /, x=r/ und x _a = r/ in die Rechnung eingeführt wurden. Die Funktion (r, ) wurde dann für den Bereich 0,45x_i1,0, 1x_a 2 tabuliert. Hierbei zeigte sich, daß der Rechenaufwand bei der Durchrechnung eines Einzelbeispiels nach der Charakteristikenmethode wesentlich geringer ist. Bei der Anlage von Zahlentafeln zur Berechnung von Spannungen für beliebige Durchmesserverhältnisse ergab sich, daß der aufgezeigte Wege zu geringerem Rechenaufwand führt. Für das Beispiel r _i /r _a=1/2 wurden die Rohraufweitungen bestimmt und diese Werte noch durch praktische Versuche nachgeprüft. Hierbei ergab sich, daß die theoretisch bestimmten Rohraufweitungen in dem Streubereich der gemessenen Rohraufweitungen lagen, wobei Messungen an drei Rohren aus demselben Material und demselben Rohrverhältnis durchgeführt wurden. Insbesondere stimmten die theoretischen Rohraufweitungen auch mit den gemessenen Rohraufweitungen überein, wenn das Rohr entlastet wurde und die Restdeformationen bestimmt wurden.Daraus kann geschlossen werden, daß durch die berücksichtigte lineare Verfestigung die tatsächlichen Verhältnisse außerordentlich gut erfaßt werden.Der sogenannte Platzdruek eines Rohres kann auf rein rechnerischem Weg nicht erfaßt werden, da für =r_a die geometrische Gestalt des Rohres instabil wird. Bei den Versuchen zeigt sich, wenn der Innendruck über p _i ( =r **** _a ) gesteigert wird, daß das Rohr schon bei geringen Überschreitungen aufzubauchen beginnt.Meinem Lehrer Herrn Prof. Dr. Dr. R. Grammel zum 65. Geburtstag gewidmet.     

Toward a viscoelastic modelling of the injection molding of polymers

Summary By using theLeonov viscoelastic constitutive equation, an idealized problem has been solved for onedimensional, unsteady, non-isothermal flow of polymer between two parallel plates and the subsequent non-isothermal relaxation following cessation of flow. Numerical results are presented for the time dependence of the pressure gradient, the gapwise distribution of linear velocity, shear rate, shear stress and normalstress differences, together with the components of birefringence in different planes. Comparison of the present predictions for the pressure gradient with results based upon an inelastic model indicate close agreement whereas the corresponding predictions for normal-stress differences are found to be markedly different from those for the inelastic case.The model is applied to the injection-molding process which is treated in terms of a filling and a cooling stage. Final results are given in terms of the distribution of residual stresses and associated birefringences in the molded part, as influenced by the rheological and thermal properties of the polymer and the processing conditions. The theoretical predictions are compared with birefringence measurements in the literature. Reasonable agreement is obtained for the position and value of maximum birefringence in the 1–2 plane although the birefringence predictions in the 1–3 and 2–3 planes are found to be markedly smaller than the measured values. The present theory indicates that, for a given polymer, the main factors affecting residual stresses and birefringence are melt temperature and flow rate, both of which should be held at the highest permissible levels.

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Zusammenfassung Das idealisierte Problem einer eindimensionalen, instationären, nicht-isothermen Strömung eines Polymeren zwischen zwei parallelen Platten sowie das der nichtisothermen Relaxation, die auf das Anhalten dieser Strömung folgt, wird mit Hilfe der viskoelastischen Stoffgleichung vonLeonov gelöst. Numerische Ergebnisse werden für die Zeitabhängigkeit der folgenden Größen gegeben: des Druckgradienten, der Verteilung der linearen Geschwindigkeit, der Schergeschwindigkeit, der Schubspannung, der Normalspannungsdifferenzen sowie der Komponenten der Doppelbrechung in verschiedenen Ebenen. Die hier vorliegenden Voraussagen sind bezüglich des Druckgradienten in guter Ubereinstimmung mit denen, die auf dem inelastischen Modell beruhen, unterscheiden sich von diesen aber wesentlich bezüglich der Normalspannungsdifferenzen.Das Modell wird auf den Spritzgußprozeß angewandt. Dieser wird als zweistufiger Prozeß, bestehend aus einer Abfüll- und einer Kühlstufe, behandelt. Numerische Ergebnisse werden für die Verteilung der Restspannungen und der assoziierten Doppelbrechung im Formteil gegeben, so wie sie durch die rheologischen und thermischen Eigenschaften des Polymeren und der Prozeßbedingungen beeinflußt werden. Die theoretischen Voraussagen für die Doppelbrechung werden mit Meßergebnissen aus der Literatur verglichen. Gute Übereinstimmung wird für die Lage und den Wert der maximalen Doppelbrechung in der 1–2 Ebene erzielt, während die Voraussagen für die Werte der Doppelbrechung in den 1–3 und 2–3 Ebenen wesentlich kleiner als die gemessenen Werte ausfallen. Die vorliegende Theorie zeigt an, daß für ein gegebenes Polymer die Schmelzentemperatur und die Einspritzgeschwindigkeit als Hauptfaktoren zu werten sind, die die Restspannungen und die Doppelbrechung beeinflussen. Diese sollen auf dem höchstzulässigen Stand gehalten werden.

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Nomenclature a _T temperature-shift factor - b thickness of channel or mold - C stress-optical coefficient - C _ij,k components of elastic strain tensor ink ^th relaxation mode - G storage modulus - G loss modulus - L length of channel or mold - n ₂₂ – n₃₃ birefringence in 2–3 plane - n ₁₁ – n₃₃ birefringence in 1–3 plane - n ₁₁ – n₃₃ gapwise-averaged birefringence in 1–3 plane - N number of modes retained in Leonov model, see eq. [9] - N ₁ first normal-stress difference, ₁₁ – ₂₂ - N ₂ second normal-stress difference, ₂₂ – ₃₃ - N ₃ normal-stress difference, ₁₁ – ₃₃ - p isotropic pressure - s dimensionless rheological parameter (0 <s < 1) - t time - t _fill filling time - T temperature - T _g glass-transition temperature - T ₀ inlet melt temperature - T _ref reference temperature, see eq. [21] - T _w mold temperature or channel wall temperature - u velocity inx direction - U average velocity inx direction - W width of channel or mold - x coordinate in flow direction - y coordinate in gapwise direction - z coordinate in width direction - thermal diffusivity of polymer melt - strain rate - , dimensionless strain rate - n birefringence in 1–2 plane - p pressure loss in channel or mold - apparent viscosity - _k viscosity ink ^th relaxation mode - ₀ zero-shear-rate viscosity - _k relaxation time ink ^th relaxation mode - = —p/x - µ shear modulus - µ _k shear modulus ink ^th relaxation mode - _ij components of deviatoric stress tensor - frequency With 14 figures and 2 tables     

Die kompressible Grenzschichtströmung am dreidimensionalen Staupunkt bei starkem Absaugen oder Ausblasen

Zusammenfassung Es wird die kompressible, laminare Grenzschichtströmung am dreidimensionalen Staupunkt mit Absaugen oder Ausblasen an der Wand untersucht und daraus Wandschubspannung, Wärmeübergang und Verdrängungsdicke in Abhängigkeit von der Normalgeschwindigkeit an der Wand bestimmt. Besonders ausführlich wkd auf die Grenzfälle sehr starken Absaugens bzw. Ausblasens eingegangen, die auf singuläre Störungsprobleme führen, deren Lösung mit der Methode der angepaßten asymptotischen Entwicklungen erfolgt. – Die Unsymmetrie am Staupunkt wird durch den Parameter c gekennzeichnet mit den Spezialfällen c=0 (ebener Staupunkt) und c=1 (rotationssymmetrischer Staupunkt). Im Grenzfall starken Absaugens sind die beiden Wandschubspannungskomponenten und der Wärmeübergang unabhängig von c, im Grenzfall starken Ausblasens ist nur eine der beiden Wandschubspannungskomponenten von c unbeeinflußt.

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The compressible boundary layer flow at a threedimensional stagnation point with intensive suction or injection

The compressible laminar boundary layer flow at a general three-dimensional stagnation point including large rates of injection or suction on the porous surface is considered. The wall shear stress, heat flux and displacement thickness as function of the mass transfer parameter are determined. The two limiting cases of intensive suction and intensive blowing lead to singular perturbations problems, which are solved by the method of matched asymptotic expansions.—The asymmetry of the stagnation point flow is characterized by the ratio c of the two velocity gradients including the special cases of two-dimensional (c=0) and axisymmetric (c=1) stagnation point flow.-For intensive suction the wall shear stresses and the heat flux become independent of c, whereas for intensive blowing only one of the two wall shear stress components is independent of c.

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Bezeichnungen x, y, z kartesische Koordinaten, siehe Bild 1 - u, v, w Geschwindigkeitskomponenten in x-, y- und z-Richtung innerhalb der Grenzschicht - U, V Geschwindigkeitskomponenten in x- und y-Richtung am Außenrand der Grenzschicht - a =(dU/dx)_x=0 Geschwindigkeitsgradient in x-Richtung der Außenströmung im Staupunkt - b=(dV/dy)_y=0 Geschwindigkeitsgradient in y-Richtung der Außenströmung im Staupunkt - c=b/a Staupunkt-Parameter (c=0: ebene Strömung, c=1: axialsymmetrische Strömung) - Dichte - p Druck - h spezifische Enthalpie - Viskosität - Pr Prandtl-Zahl - _x, _y Wandschubspannungskomponenten in x- bzw. y-Richtung - c_m=–ga Ausblaseparameter, siehe Gl. (21) - t_w= h_w/h_e bezogene Wandenthalpie - Ähnlichkeitsvariable, siehe Gl. (11) - F () G () dimensionslose Funktionen nach den Gln. (12), - (),() (13), (15) und (32) - ¯ Ähnlichkeitsvariable, siehe Gl. (29) - F (¯), G (¯) dimensionlose Funktionen nach Gl. (29) - ₁=1/c_m Störparameter für starkes Absaugen - ₂=1/c _m ² Störparameter für starkes Ausblasen - ^*, ^* Verdrängungsdicken nach Gl. (26) - R, R rechte Seiten der Differentialgln. (40) bzw. (41) - z=/ in Abschnitt 4: bezogener Wandabstand nach Gl. (43) - =t_w·z² Ähnlichkeitsvariable in Abschnitt 4 - ^* (c) Lösung der Gl. (58) - A(c) Definition nach Gl. (63) Indizes w an der Wand - e am Außenrand der Grenzschicht - a äußere Lösung - i innere Lösung     

Heat transfer between gas-liquid spray stream flowing perpendicularly to the row of the cylinders

Experimental investigation and analysis of heat transfer process between a gas-liquid spray flow and the row of smooth cylinders placed in the surface perpendicular to the flow has been performed. Among others, there was taken into account in the analysis the phenomenon of droplets bouncing and omitting the cylinder as well as the phenomenon of the evaporation process from the liquid film surface.In the experiments test cylinders were used, which were placed between two other cylinders standing in the row.From the experiments and the analysis the conclusion can be drawn that the heat transfer coefficients values for a row of the cylinders are higher than for a single cylinder placed in the gasliquid spray flow.

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Wärmeübergang an eine senkrecht anf eine Zylinderreihe auftreffende Gas-Flüssigkeits-Sprüh-Strömung

Zusammenfassung Es wurden Messungen und theoretische Analysen des Wärmeübergangs zwischen einer Gas-FlüssigkeitsSprüh-Strömung und den glatten Oberflächen einer Zylinderreihe durchgeführt, die senkrecht zum Sprühstrahl angeordnet waren. Dabei wurde in der Analyse unter anderem das Phänomen betrachtet, daß die Tropfen die Zylinderwand treffen und verfehlen können und daß sich ein Verdampfungsprozeß aus dem flüssigen Film an der Zylinderoberfläche einstellt.Gemessen wurde an einem zwischen zwei Randzylindern befindlichen Zylinder.Die Experimente und die Analyse gestatten die Schlußfolgerung, daß der Wärmeübergangskoeffizient für eine Zylinderreihe höher ist als für einen einzelnen Zylinder in der Sprühströmung.

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Nomenclature a distance between axes of cylinders, m - c _l specific heat capacity of liquid, J/kg K - c _g specific heat capacity of gas, J/kg K - D cylinder diameter, m - g _l mass velocity of liquid, kg/m²s - ¯k average volume ratio of liquid entering film to amount of liquid directed at the cylinder in gas-liquid spray flow, dimensionless - k() local volume ratio of liquid entering film to amount of liquid directed at the cylinder in gas-liquid spray flow, dimensionless - L specific latent heat of vaporisation, J/kg - m mass fraction of water in gas-liquid spray flow, dimensionless - M constant in Eq. (9) - p pressure, Pa - p _g statical pressure of gas, Pa - p _w pressure of gas on the cylinder surface, Pa - p external pressure on the liquid film surface, Pa - r cylindrical coordinate, m - R radius of cylinder, m - T temperature, K, °C - T _l, t_l liquid temperature in the gas-liquid spray, K, °C - T _w,t_w temperature of cylinder surface, K, °C - T temperature of gas-liquid film interface, K - U liquid film velocity, m/s - w gas velocity on cylinder surface, m/s - w _g gas velocity in free stream, m/s - W _l liquid vapour mass ratio in free stream, dimensionless - W liquid vapour mass ratio at the edge of a liquid film, dimensionless - x coordinate, m - y coordinate, m - z complex variable, dimensionless - average heat transfer coefficient, W/m²K - local heat transfer coefficient, W/m² K - average heat transfer coefficient between cylinder surface and gas, W/m² K - _g, local heat transfer coefficient between cylinder surface and gas, W/m² K - mass transfer coefficient, kg/m²s - liquid film thickness, m - _lg dynamic diffusion coefficient of liquid vapour in gas, kg/m s - pressure distribution function on a cylinder surface - function defined by Eq. (3) - _l liquid dynamic viscosity, kg/m s - _g gas dynamic viscosity, kg/m s - cylindrical coordinate, rad, deg - _l thermal conductivity of liquid, W/m K - _g thermal conductivity of gas, W/m K - mass transfer driving force, dimensionless - _l density of liquid, kg/m³ - _g density of gas, kg/m³ - _w shear stress on the cylinder surface, N/m² - _w shear stress exerted by gas at the liquid film surface, N/m² - air relative humidity, dimensionless - T -T _w - _w =T _wT_l Dimensionless parameters I= enhancement factor of heat transfer - m ^*=M _l/M_g molar mass of liquid to the molar mass of gas ratio - Nu _g= D/ _g gas Nusselt number - Pr _g=c _{g g}/_g gas Prandtl number - Pr _l=c_lll liquid Prandtl number - ¯r=(r–R)/ dimensionless coordinate - Re _g=w_gD _g/_g gas Reynolds number - Re _g,max=w_g,max D _g/_g gas Reynolds number calculated for the maximal gas velocity between the cylinders - Sc=m ^* _g/_l–g Schmidt number =/R dimensionless film thickness     

Die Temperaturabhängigkeit der Oberflächenspannung von reinen Kältemitteln vom Tripelpunkt bis zum kritischen Punkt

Zusammenfassung Die Oberflächenspannung von sechs reinen Substanzen — SF₆, CCl₃F, CCl₂F₂, CClF₃, CBrF₃ und CHClF₂ — wurde mit Hilfe einer modifizierten Kapillarmethode gemessen. Die zur Berechnung der Oberflächenspannung erforderlichen Sättigungsdichten und wurden teils aus vorhandenen Zustandsgleichungen, teils aus ebenfalls gemessenen Brechungsindizes bestimmt. Die Temperaturabhängigkeit der Oberflächenspannung läßt sich durch einen erweiterten Ansatz nach van der Waals =_O (T_c-T)(1+...) darstellen, wobei bei einfachen Stoffen ein eingliedriger, bei polaren und assoziierenden Stoffen ein zweigliedriger Ansatz notwendig und ausreichend ist. Für den kritischen Exponenten der Oberflächenspannung wurde ein von der molekularen Substanz weitgehend unabhängiger Wert von =1.284±0.005 gefunden.

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Temperature dependence of surface tension of pure refrigerants from triple point up to the critical point

The surface tension of six fluids (SF₆, CCl₃F, CCl₂F₂, CClF₃, CBrF₃, CHClF₂) have been measured by means of a modified capillary rise method. The liquid vapor densities, which are needed to calculate the surface tension, have partly been determined by means of refractive indices simultaneously measured in the same apparatus. The temperature dependence of the surface tension is described by an extended van der Waals power law =_O(T_c-T)(1+...). For simple fluids one term and for polar and associating fluids two terms are necessary and sufficient. The critical exponent is found to be 1.284 ± 0.005 and nearly independent of the molecular structure.

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Formelzeichen a² Laplace-Koeffizient - a Parameter - B_O, B_on Koeffizient der Koexistenzkurve - g Erdbeschleunigung - H Höhe, kapillare Steighöhe - LL Lorentz-Lorenz-Funktion oder Refraktionskonstante - M molare Masse - M Zahl der Meßwerte - N Zahl der unbekannten Parameter - n Brechungsindex - p Druck - R,r Radius - s Entropie - SD Standardabweichung - T, t Temperatur - u innere Energie Griechische Formelzeichen Exponent des Laplace-Koeffizienten - Exponent der Koexistenzkurve - 2. Exponent der Oberflächenspannung - Wellenlänge des Lichts - Exponent der Oberflächenspannung - _D Dipolmoment - , Dichte der Flüssigkeit bzw. des Dampfes - Oberflächenspannung - reduzierte Temperatur (1-T/T_c) - ² gewichtete Varianz Indizes c kritischer Zustand - D Differenz - m Mittelwert - T Isotherme - t Zustand am Tripelpunkt - S Zustand am Schmelzpunkt - bezogen auf Oberfläche     

Relation between viscoelasticity and shear-thinning behaviour in liquids

Summary The shear-thinning behaviour of a liquid is represented in terms of a relaxation time, defined by the ratio ₀/G₀ of initial viscous and elastic constants. The relationship provides a very simple basis for the evaluation of andG ₀ from viscosity/shear data. Results are compared with relaxation times and moduli from primary normal-stress measurement, from stress relaxation and from direct measurement of recoverable shear strain. Good agreement is found but there is experimental evidence the recoverable shear strain _e is related to normal stressN ₁ and shear stress by _e = N₁/3, which does not agree with the theoretical prediction of eitherWeissenberg orLodge.

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Zusammenfassung Das Scherentzähungsverhalten einer Flüssigkeit wird mittels einer Relaxationszeit beschrieben, die durch das Verhältnis der Anfangswerte von Viskosität und Elastizitätsmodul ₀/G₀ definiert ist. Diese Beziehung eröffnet eine einfache Methode zur Bestimmung von undG ₀ aus Scherviskositätsmessungen. Die damit erhaltenen Ergebnisse werden mit Relaxationszeiten und Moduln verglichen, die durch Messung der ersten Normalspannungsdifferenz, der Spannungsrelaxation und der Scherdehnungsrückstellung (recoverable shear strain) gewonnen worden sind. Es wird eine gute Übereinstimmung gefunden, zugleich aber wird der experimentelle Nachweis geführt, daß die Scherdehnungsrückstellung _e mit der ersten NormalspannungsdifferenzN ₁ und der Schubspannung durch die Beziehung _e = N₁/3 verknüpft ist, was sowohl zu der theoretischen Voraussage vonWeissenberg als auch zu derjenigen vonLodge im Widerspruch steht.

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With 10 figures and 1 table     

Theory of polymer networks with closed cycles

Summary The probabilistic theory of crosslinked polymer systems developed by the author is generalized to allow for application to systems with cycles. Based on the two parameters — the crosslinking densityl (or the fraction of reacted functionalities) and the fraction of junctions closing cycles — topological characteristics of such a system are found. It is shown that the presence of cycles increases the critical value of the crosslinking density, whereas the critical value of the reduced crosslinking density ought to remain equal to 2. Then from the introduced principle of macroscopical uniformity, is found to be a function of crosslinking densityl.

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Zusammenfassung Die vom Verfasser entwickelte probabilistische Theorie der vernetzten Polymersysteme wird so verallgemeinert, daß Systeme mit Zyklen eingeschlossen sind. Man findet topologische Kenngrößen solcher Systeme, die von den beiden Parametern Vernetzungsdichtel (bzw. Häufigkeit der Netzstellen) und Häufigkeit der Zyklen bildenden Bindungen abhängen. Es wird gezeigt, daß durch das Vorhandensein von Zyklen der kritische Wert der Vernetzungsdichte erhöht wird, wohingegen die reduzierte Vernetzungsdichte den kritischen Wert 2 behalten sollte. Weiter wird mittels des eingeführten Prinzips der makroskopischen Einheitlichkeit abgeleitet, daß eine Funktion der Vernetzungsdichte sein muß.

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With 1 figure     

Kritische Reynolds-Zahlen bei oszillierenden und pulsierenden Rohrströmungen

Zusammenfassung Mit dem elektrolytischen Meßverfahren wurde der Umschlag laminar — turbulent bei oszillierenden und pulsierenden Rohrströmungen untersucht. Es zeigt sich, daß die kritische Reynolds-Zahl Re_c bei oszillierenden Strömungen von der Schwingungsamplitude und Frequenz abhängig ist. Bei pulsierenden Strömungen kommt noch eine starke Abhängigkeit von der stationären Grundgeschwindigkeit hinzu. Es wurden Werte bis zu Re₀ 15300 beobachtet.

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Critical reynolds numbers for oscillating and pulsating tube flow

The transition from the laminar to the turbulent flow has been measured for oscillating and pulsating flow within a pipe by means of the electrolytic method. It has been shown, that the critical Reynolds-number Re_c of the oscillating flow is dependent on the amplitude and the frequency of the oscillation. At pulsating flows there has been observed an additional dependence from the superimposed stationary flow. There have been observed values of Re_c up to 15300.

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Formelzeichent C Konzentration der reagierenden kmol/m³Ionen im Flüssigkeitskern - D Diffusionskoeffizient m²/s - d Rohrdurchmesser m - F Faraday-Konstante=A · s/kg äq=9,65 · 10⁷ - i_G elektrische Grenzstromdichte, bezogen auf die Fläche der A/m² Meßkathode - L Abstand vom Beginn des Stoffaustausches bis zum Ende der m Meßkathode - 1 Länge der Meßkathode in der m Strömungsrichtung - t Zeit s - v Strömungsgeschwindigkeit, gemittelt über den Rohrquerm/s schnitt - z Wertigkeit der Elektrodenkg äq/kmol reaktion - Stoffübergangskoeffizient m/s - kinematische Viskosität m²/s - Dichte kg/m³ - _W Wandschubspannung N/m² Dimensionslose Größen - f=2·_W/·v² Widerstandsbeiwert - Re=d · v/ Reynolds-Zahl - Sc=/D Schmidt-Zahl - Sh= · d/D Sherwood-Zahl - Sk=d²/·t₀ Stokes-Zahl Indizes c Kritisch - O Oszillation - P Pulsation - S Stationär     

Flow visualization of compressible vortex structures using density gradient techniques

Mathematical results are derived for the schlieren and shadowgraph contrast variation due to the refraction of light rays passing through two-dimensional compressible vortices with viscous cores. Both standard and small-disturbance solutions are obtained. It is shown that schlieren and shadowgraph produce substantially different contrast profiles. Further, the shadowgraph contrast variation is shown to be very sensitive to the vortex velocity profile and is also dependent on the location of the peak peripheral velocity (viscous core radius). The computed results are compared to actual contrast measurements made for rotor tip vortices using the shadowgraph flow visualization technique. The work helps to clarify the relationships between the observed contrast and the structure of vortical structures in density gradient based flow visualization experiments.Nomenclature a Unobstructed height of schlieren light source in cutoff plane, m - c Blade chord, m - f Focal length of schlieren focusing mirror, m - C _T Rotor thrust coefficient, T/( ² R ⁴) - I Image screen illumination, Lm/m ² - l Distance from vortex to shadowgraph screen, m - n _b Number of blades - p Pressure,N/m ² - p Ambient pressure, N/m ² - r, , z Cylindrical coordinate system - r _c Vortex core radius, m - Non-dimensional radial coordinate, (r/r _c ) - R Rotor radius, m - Tangential velocity, m/s - Specific heat ratio of air - Circulation (strength of vortex), m ²/s - Non-dimensional quantity, ² 8²p r _c ² - Refractive index of fluid medium - ₀ Refractive index of fluid medium at reference conditions - Gladstone-Dale constant, m ³/kg - Density, kg/m ³ - Density at ambient conditions, kg/m ³ - Non-dimensional density, (/ ) - Rotor solidity, (n _b c/ R) - Rotor rotational frequency, rad/s     

Strömungstechnische Gesichtspunkte der Flußbelastung durch Abwasser aus Kläranlagen

Zusammenfassung Für ein im Durchlauf betriebenes System bestehend aus einem Fluß (Vorfluter) und den angeschlossenen Kläranlagen wird eine Methode zur Bestimmung der Vorfluterbelastung durch die eingeleiteten Klärwässer angegeben. Die Methode erfaßt mit Rücksicht auf die Anwendung des Verursacherprinzips im Gewässerschutz die Belastung durch jede Kläranlage für sich, und zwar in Abhängigkeit von der Wasserführung, den Emissionsraten der betreffenden Kläranlage und dem Selbstreinigungsvermögen von den organischen Stoffen aus der betreffenden Kläranlage. Die abhängigen Veränderlichen sind mit der Fließgeschwindigkeit gewichtete Mittelwerte von Schmutzstoffdichten über den Vorfluterquerschnitt. Im Falle konstanter Vorflutertemperatur und zeitunabhängiger Struktur der Klärwässer ergeben sich beispielsweise für die abhängigen Veränderlichen einfache analytische Darstellungen, welche sich als spezielle Formen des -Theorems erweisen. Es wird gezeigt, bei einem unendlich langen Vorfluter mit konstantem Volumenstrom stromabwärts der Klärwassereinleitungen stimmen die erwähnten gewichteten Mittelwerte mit den entsprechenden ungewichteten stromabwärts der Klärwassereinleitungen überein. Die entwickelte Methode kann leicht erweitert werden, um den Sauerstoffschwund im Vorfluter durch jede Kläranlage für sich zu bestimmen.

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Fluid mechanical aspects of river pollution by effluents from waste treatment plants

The pollution of a river by effluent inflows from waste treatment plants is modeled under steady-state conditions. With respect to modern policies of environmental protection the method describes the river pollution by each plant separately, depending on the flow conditions, the emission rates of the plant and the microbiological decomposition of the biodegradable matter from the plant. Each dependent variable is a weighted cross-sectional mean of a density of organic matter. If the water temperature is constant and the composition of each effluent is independent of time the method gives simple analytic expressions for the dependent variables, which prove to be special versions of the -theorem. It is shown for an infinitely long river of constant volume rate of flow downstream of the effluent inflows: the weighted means mentioned agree with the corresponding nonweighted downstream of the effluent inflows. The present paper can easily the extended to determine the oxygen deficit in the river due to each plant.

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Bezeichnungen a Anzahl der Kläranlagen - D(t_b) Kennzahl, Einführung in 4.3 - ^eA Emissionsrate der abbaubaren or ganischen Verschmutzung aus der -ten Kläranlage - ^eU Emissionsrate der nichtabbaubaren organischen Verschmutzung aus der -ten Kläranlage - Vorfluterquerschnitt, Einführung in Gl. (4) - F Flächeninhalt von - dF Betrag eines Flächenelements, Einführung in Gl. (6) - J_A Diffusionsstromdichten, Einführung in Gl. (2) bzw. Gl. (3) - L Anzahl der Stromstrecken - M Gesamtmasse der abbaubaren or- ganischen Verschmutzung in den N Teilchen, Einführung in Gl. (17) - N Anzahl der verschmutzten Flußwasserteilchen, welche die -te Nahfeldvermischungszone während des Zeitintervalles t_a t_b für immer verlassen - P(x, t, x, t_c) Teilchendichte, Einführung in Gl. (11) und Gl.(12) - Q Selbstreinigungsvermögen, Einführung in Gl.(26) - t Zeitpunkt, Einführung in Gl.(11) - t, t_b Intervallgrenzen, Einführung in 4.1 - t_c Zeitpunkt, Einführung in Gl.(11) - t Zeitdifferenz, Einführung im Anschluß an Gl.(10) - t^* charakteristische Zeit, Einführung in 4.3 - Strömungsgeschwindigkeit Komponente von ¯b in Richtung der zu Tal weisenden Oberflächennormalen eines Vorfluterquerschnitts, Einführung in Gl. (5) und Gl. (6) - Volumenstrom, Einführung in Gl. (7) - x Ortsvektor - x Ortsvektor eines bestimmten markierten Teilchens zur Zeit t_c, Einführung in Gl.(11) - x längs der Stromachse gemessene Längenkoordinate - x x-Koordinate des Vorfluterquerschnitts durch x - x,x₊₁ x-Koordinaten der Vorfluterquerschnitte, welche die -te Stromstrecke stromaufwärts bzw. stromabwärts begrenzen. Einführung in 4.2. - transformierte Variable, Einführung in Gl.(65) - Zeitvariable - (t_b) Kennzahl, Einführung in 4.3. - Masse der abbaubaren organischen Verschmutzung in dem markierten Teilchen, Einführung in Gl.(14) - , Integrationsvariablen, Einführung in Gl.(38) bzw. Gl.(28) - _A durch die -te Kläranlage bedingte Dichte der abbaubaren organischen Verschmutzung - _U durch die -te Kläranlage bedingte Dichte der nichtabbaubaren organischen Verschmutzung - Mittelwerte von bzw· , Einführung in Gl.(31) bzw. Gl.(8) - _m -Wert zu einem Maximum, Einführung in Gl.(31) - Verhältnis zweier Mittelwerte, Einführung in Gl.(64) - stochastischer Mittelwert einer Zufallsgröße Y - Y Schwankung einer Zufallsgröße Y um den stochastisehen Mittelwert - Mittlung über den Vorfluterquerschnitt Der saubere Vorfluter sei definiert durch Standardwerte für Mindestanforderungen an die Flußwasserqualität. Vorschläge für solche Standardwerte werden in jüngster Zeit unter Berücksichtigung des Umweltschutzes ausführlich diskutiert ([1]; [2], S.- K 13 -).     

Flow in porous media III: Deformable media

Stokes flow in a deformable medium is considered in terms of an isotropic, linearly elastic solid matrix. The analysis is restricted to steady forms of the momentum equations and small deformation of the solid phase. Darcy's law can be used to determine the motion of the fluid phase; however, the determination of the Darcy's law permeability tensor represents part of the closure problem in which the position of the fluid-solid interface must be determined.Roman Letters A interfacial area of the- interface contained within the macroscopic system, m² - A interfacial area of the- interface contained within the averaging volume, m² - A _e area of entrances and exits for the-phase contained within the macroscopic system, m² - A ^* interfacial area of the- interface contained within a unit cell, m² - A _e ^* area of entrances and exits for the-phase contained within a unit cell, m² - E Young's modulus for the-phase, N/m² - e i unit base vectors (i = 1, 2, 3) - g gravity vector, m²/s - H height of elastic, porous bed, m - k unit base vector (=e ₃) - characteristic length scale for the-phase, m - L characteristic length scale for volume-averaged quantities, m - n unit normal vector pointing from the-phase toward the-phase (n = -n ) - p pressure in the-phase, N/m² - P p – g·r, N/m² - r ₀ radius of the averaging volume, m - r position vector, m - t time, s - T total stress tensor in the-phase, N/m² - T ⁰ hydrostatic stress tensor for the-phase, N/m² - u displacement vector for the-phase, m - V averaging volume, m₃ - V volume of the-phase contained within the averaging volume, m³ - v velocity vector for the-phase, m/s Greek Letters V /V, volume fraction of the-phase - mass density of the-phase, kg/m³ - shear coefficient of viscosity for the-phase, Nt/m² - first Lamé coefficient for the-phase, N/m² - second Lamé coefficient for the-phase, N/m² - bulk coefficient of viscosity for the-phase, Nt/m² - T –T ⁰ , a deviatoric stress tensor for the-phase, N/m²