Stoffübergang mit chemischer Oberflächenreaktion an umströmten Platten

Zusammenfassung Die Strömung und der Stofftransport in der Umgebung von Platten mit chemischer Oberflächenreaktion lassen sich durch Differentialgleichungen zuverlässig beschreiben. Deren vollständige Lösung konnte ohne vereinfachende Annahmen mit Hilfe theoretisch-numerischer Methoden erzielt werden. Dadurch erhält man Einblick in die tatsächlichen Transportvorgänge. Einige wichtige Ergebnisse werden erörtert. Insbesondere wird ein umfassendes Gesetz für den Stoffübergang mitgeteilt, das theoretisch und experimentell einwandfrei gesichert ist. Die Wiedergabe der bekannten sowie der neuen Daten ist gut. Sein Gültigkeitsbereich ist angegeben. Das neue Gesetz enthält neben anderen Grenzgesetzen auch das auf der Grundlage der GrenzschichtHypothese aufgestellte Gesetz.

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Mass transfer with chemical surface reaction on flat plates in flow

The flow field and mass transfer from flat plates with chemical surface reaction can be described by means of differential equations. Their solutions have been obtained numerically without any simplifications. This report presents some of the more important results obtained, which give insight into the true transport phenomena.A comprehensive mass transfer law has been developed, that has a wide range of validity. It is in good agreement with all available experimental and theoretical data. The new mass transfer equation includes the special case of boundary layer law besides other special laws that describe mass transfer in limited regions of relevant parameters.

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Formelzeichen c_A örtliche Moldichte der reagierenden Komponente A - c_Aw Wert von c_A an der Plattenoberfläche - c Funktion nach Gl. (28) - D Diffusionskoeffizient - f_p Funktion nach Gl.(2) - k Funktion nach Gl.(27) - k_w Reaktionsgeschwindigkeitskonstante - L Länge der Platte - n Reaktionsordnung - n_A Molstromdichte der diffundierenden Komponente A - p Funktion nach Gl.(29) - r_A Reaktionsstromdichte der reagierenden Komponente A - Sh_x,Sh örtliche und mittlere Sherwood-Zahl - w Anströmgeschwindigkeit des Fluidgemisches - w_x, w _x ^* absolute und bezogene örtliche Längsgeschwindigkeit - w_y, w _y ^* absolute und bezogene örtliche Quergeschwindigkeit - x, x^* absolute und bezogene Längskoordinate - y, y^* absolute und bezogene Querkoordinate - _x, örtlicher und mittlerer Stoffübergangskoeffizien - dynamische Viskosität des Fluidgemisches - Massendichte des Fluidgemisches - Da k_wLc ^n–1 /2D Damköhler-Zahl - Re wL//gr Reynolds-Zahl - Re_kr=5 · 10⁵ kritischer Wert der Reynolds-Re_kr=5 · 10⁵ Zahl - Sc //D Schmidt-Zahl - c_A/c_A bezogene örtliche Konzentration - _w Wert von an der Plattenoberfläche Indizes A diffundierende und reagierende Komponente - w an der Plattenoberfläche - x in Längsrichtung - y in Querrichtung - in sehr großer Entfernung von der Platte     

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     

Einfluß von Anströmprofil und Turbulenzintensität auf die Umströmung längsangeströmter Platten endlicher Dicke

Zusammenfassung An längsangeströmten dicken Platten löst sich die Strömung im Bereich des Anströmprofils ab und legt sich nach einer gewissen Entfernung wieder an die Platte an. Dies führt gegenüber der dünnen Platte zu signifikanten Veränderungen von Umströmung, Wärmeübergang und Druckverlust.Die Aussagen zur Umströmung werden aus örtlichen Stoffübergangsmessungen (Sc=0,616) mit Hilfe einer remissionsfotometrischen Stoffübergangsmeßmethode auf der Basis von Absorption, chemischer Reaktion und gekoppelter Farbreaktion gewonnen. Als wesentliche Einflußgrößen auf Umströmung und zugeordneten Stoffübergang sind das Anströmprofil, die Anström-Reynolds-Zahl Re_sB sowie insbesondere die Turbulenzintensität Tu zu nennen. Die Untersuchungen erstrecken sich auf Platten mit Dicken 0,8 mms91, 3 mm mit stumpfem, halbrundem und keilförmigen Anströmprofilen sowie auf längsüberströmte Kreiszylinder mit stumpfem, halbkugelförmigem und kegelförmigen Anströmprofilen. Die mit der Plattendicke s gebildete Re_sB -Zahl wurde in weiten Grenzen 10² < Re_sB < 2 · 10⁵, die Turbulenzintensität zwischen 0,8 Tu 6% variiert.Die Ergebnisse zeigen, daß sich die Umströmung dicker Platten generell in drei Hauptströmungsformen Plattengrenzschicht, Ablöseblase und Querwirbelablösung untergliedern läßt. Der Übergang von einer Strömungsform zur anderen wird durch kritische Re_sB -Zahlen erfaßt und die Abhängigkeit vom Anströmprofil über einen Profilfaktor beschrieben. Bei Ablöseblasen konnten erstmals an Platten Längswirbel nachgewiesen werden mit ihren charakteristischen Auswirkungen auf Umströmung und Stoffübergang.Dicke Platten mit Strömungsablösung lassen sich in drei Abschnitte unterteilen: 1. Profilbereich, 2 Bereich abgelöster Strömung, 3. Plattengrenzschicht ab Wiederanlegen der Strömung. Im Hinblick auf eine Berechnung des örtlichen Stoffübergangs wird die Lage des Stoffübergangsmaximums beim Wiederanlegen der Strömung — als Trennlinie der beiden letzten Plattenabschnitte — unter Einbeziehung der wesentlichen Parameter Anströmprofil, Re_sB-Zahl und Turbulenzintensität erfaßt und als Berechnungsgleichung angegeben.

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The influence of nose section and turbulence intensity on the flow around thick plates in parallel flow

The flow parallel to thick plates separates in the nose section and reattaches on the flat plate after a certain distance. Compared with the thin flat plate the flow separation with reattachement causes significant changes of flow, heat transfer and pressure drop.The informations about the flow are recieved from measurements of local mass transfer coefficients (Sc=0,616), which are fotometrically determined by light-remission. The fundamentals of the measuring technique are based on absorbed ammonia and subsequent chemical reaction with immediate color reaction. The main parameters of flow and related mass transfer are the nose of the plate, the Reynolds-number Re_sB and especially the turbulence intensity Tu. The measurements were accomplished with plates of a thickness 0.8 mm s 91.3 mm of truncated, hemicylindrical and wedge-shaped noses and with cylinders in parallel flow of truncated, hemispherical and conical noses. The Re_sB -number with the plate thickness as characteristic length was varied in a wide range between 10² < Re_sB < 2 · 10⁵, the turbulence intensity Tu between 0,8% Tu 6%.The measured results indicate, that the flow around thick plates may generally be subdivided into three main forms of the flow: boundary layer of flat plate, separation bubble and vortex shedding with reattachement. The critical Reynolds-numbers for the transition of one form to another were determined as a function of the different shapes of noses. For the first time longitudinal vortices can be observed for separation bubbles with significant influence on the flow and on the mass transfer.Thick plates with flow separation and reattachement may be subdivided into three sections: 1. the nose section, 2. the section of separated flow, 3. the section of boundary layer of flat plate downstream of reattachement. For the computation of local mass transfer rates, the position of the maximum mass transfer at the point of reattachement — the dividing line of the 2nd and 3rd section — are determined as a function of the main parameters plate nose, Re_sB -number and turbulence intensity.

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Bezeichnungen d Zylinderdurchmesser - D_A Diffusionskoeffizient von Ammoniak in Luft - K_P Koeffizient in Gl. (7) - K_Tu Koeffizient in Gl. (6) - Re_dB=U_B · d/ Reynolds-Zahl - Re_sB=U_B · s/ Reynolds-@#@ Zahl - Re_skrit1=U_B · s/ Reynolds für den Übergang von Plattengrenzschicht zu Strömungsablösung - Re_skrit2=U_B · s/ Reynolds-Zahl für den Übergang von Ablöseblase zu Querwirbelablösung - Re_xkrit=U_B · x_krit/ Reynolds-Zahl für den Übergang von laminarer zu turbulenter Plattengrenzschicht - s Plattendicke einschließlich Trägerfolie - Sh_s=_A · s/D_A Sherwood-Zahl - Tu Turbulenzintensität in % - U_B Hauptstromgeschwindigkeit im verengten Kanalquerschnitt - U Hauptstromgeschwindigkeit im freien Kanal querschnitt - mittlere turbulente Geschwindigkeitsschwankung in x-Richtung - x Koordinate in Strömungsrichtung, tangential zur Oberfläche - X_P Profillänge des Anströmprofils - x Koordinate in x-Richtung ab Profilende (Plattenbeginn) - x_max' Entfernung von Plattenbeginn bis zum Wiederanlegen der Strömung nach Strömungsablösung (Stoffübergangs-maximum) - x_min Entfernung von Plattenbeginn bis zur Stelle minimalen Stoffübergangs - x^* Koordinate in x-Richtung ab Wiederanlegen der Strömung nach Strömungsablösung - _A Stoffübergangskoeffizient (Ammoniak) - _Am mittlerer Stoffübergangskoeffizient - kinematische Zähigkeit Unter dem Titel Einfluß des Anströmprofils auf die Umströmung von Platten endlicher Dicke gekürzt vorgetragen auf der Sitzung des GVC-Fachausschusses Wärme- und Stoffübertragung am 5./6. April 1976 in Schliersee.Herrn Prof. Dr. phil. Dr.-Ing. E.h. Peter Grassmann zum 70. Geburtstag am 13. August 1977.     

Ein Schwingungstilger zur Abstimmung von Einschwingvorgängen

Übersicht Das Prinzip des linearen Schwingungstilgers wird zur Beeinflussung von Einschwingvorgängen angewandt. Abstimmungskriterien werden definiert und als Funktion der Wurzellage der charakteristischen Gleichung entwickelt. Zehn Regeln, die die Wurzellage mit den physikalischen Parametern des Schwingungssystems verbinden, werden aufgestellt; drei dieser Regeln, die auf einer in Anwendungsfällen häufig gerechtfertigten Vernachlässigung beruhen, können direkt zur Abstimmung verwandt werden. Die für das Schwingungsbild wichtigen speziellen Lagen der Wurzeln der charakteristischen Gleichung in der komplexen Ebene bei variabler relativer Federkonstante bzw. bei variabler relativer Feder- und Dämpfungskonstante werden als relative bzw. absolute Einflußposition eingeführt.

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Summary The principle of the dynamic vibration absorber was applied to reduce in a defined manner transient vibrations of a one degree of freedom system. Ten rules were developed which relate the position of the roots of the characteristic equation to the physical parameters; three of these rules, based upon an approximation which is often justified in engineering practice can directly be used to determine the spring and damping coefficients of the absorber to approximate the defined ideal response. The concept of the relative and the absolute influence position is introduced; these new definitions refer to a particular position of the roots of the characteristic equation when only the spring constant or, respectively, the spring constant and the damping coefficient between the masses are variable.

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Gekürzte Fassung der Dissertation des Verfassers. Die Arbeit wurde am Institut für Aerodynamik und Gasdynamik der Technischen Hochschule Stuttgart, Direktor Prof. Dr.-Ing. A. Weise, angefertigt.     

Untersuchungsergebnisse über die kapillare Leitfähigkeit von Baustoffen

Zusammenfassung Krischer hat die kapillare Flüssigkeitsbewegung als Potentialströmung beschrieben, deren Ursache ein Feuchtegefälle ist und führte als Stoffeigenschaft die Flüssigkeitsleitzahl als Funktion des Feuchtegehaltes ein. Trennt man durch einen modifizierten Ansatz Kapillar- und Reibungskräfte, so erhält man Kapillarfunktionen, die für den Fall der stationären Strömung bei horizontaler Flüssigkeitsbewegung oder bei lotrechter Flüssigkeitsbewegung unter Vernachlässigung der Schwerkraft in der Krischerschen Flüssigkeitsleitzahl (Kapillarleitkoeffizient) zusammengefaßt werden können.Diese Kapillarfunktionen für Wasser wurden von Quarzsand, Ziegel, Kalksandstein, Gasbeton und Bimsbeton ermittelt und der Kapillarleitkoeffizient als Funktion des Feuchtegehaltes für den Befeuchtungsvorgang angegeben. Zur experimentellen Bestimmung des Feuchtegehaltes war das Durchstrahlungsverfahren mit Gammastrahlen gewählt worden, um den volumenbezogenen Feuchtegehalt während eines quasistationären Vorganges der kapillaren Flüssigkeitsbewegung in Abhängigkeit von Zeit und Ort ohne Störung des Vorganges ermitteln zu können.

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Results of investigations on the capillary motion of moisture in building materials

Krischer described the capillary motion of moisture as a water transfer proportional to the gradient of water content by volume, and defined a coefficient of capillary conductivity as a function of moisture content. Equations of general validity, however, can be developed by separation in terms for capillary and gravity forces and capillary resistance. These capillary functions can be transferred in the coefficient for processes with horizontal motion and for those cases where gravity does not have any impact on the motion in small capillary pore spaces.The capillary functions and the coefficients of capillary conductivity for quasi-steady processes of humidification were determined of quartz sand, brick, sandlime brick, cellular concrete and pumice concrete. The temporally and locally changing moisture content during capillary rising tests was measured non-destructively by means of the attenuation effect of penetrating gamma rays.

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Formelzeichen F Stoffquerschnitt - H() feuchtigkeitsabhängige maximale kapillare Steighöhe - H_max maximale kapillare Steighöhe beim maximalen Feuchtegehalt - I₀ Intensität der auffallenden Gammastrahlung - I Intensität der durchfallenden Gammastrahlung - R() feuchtigkeitsabhängiger kapillarer Reibungskoeffizient - R_max kapillarer Reibungskoeffizient beim maximalen Feuchtegehalt - V Volumstrom - h kapillare Steighöhe - q_S Volumanteil des Feststoffes - q_W Volumanteil des Wassers - q_L Volumanteil der Luft - s Weglänge - t Zeit - x Schichtdicke - y Impulszahl - Neigungswinkel gegen die Lotrechte - statistischer Fehler bei der Impulsmessung - Kapillarleitkoeffizient bzw. Flüssigkeitsleitzahl na ch Krischer - Schwächungskoeffizient für Gammastrahlen - Dichte - / Massenschwächungskoeffizient - volumenbezogener Feuchtegehalt - _max maximaler volumenbezogener Feuchtgehalt - _S Schwächungskoeffizient des Feststoffes - _W Schwächungskoeffizient des Wassers - _L Schwächungskoeffizient der Luft Herrn Professor Dr.-Ing. H. Glaser, Stuttgart, zum 70. Geburtstag gewidmet.Die Untersuchungen erfolgten mit Mitteln der AIF (Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Köln). Der Aufbau der Versuchs-anordnung und die Gammastrahlungsmessungen mit Auswertung wurden von H. Perk durchgeföhrt, der zugleich der för den Strahlenschutz Verantwortliche des Instituts im Sinne des § 20 der I. Strahlenschutzverordnung ist.     

Anlaufkorrektur und Elastizität bei der Kapillarströmung von Lösungen

Zusammenfassung Aus der Anlaufkorrektur kann man nach einer Rechnung vonFromm, die auf dem Maxwellschen Modell basiert, eine Relaxationszeit und eine korrigierte Viskosität _c ermitteln. Der Quotient _c/ stellt einen Schermodul dar. Diese Größe wird für Lösungen von Cellulosetrinitrat in Butylacetat, Polyvinylacetat in Dioxan, Polystyrol in Toluol, Polyacrylamid in Wasser, und Viskose, in Abhängigkeit von der Konzentrationc und dem SchergefälleD ermittelt. Es zeigt sich, daß _c/ etwa im Wendepunkt der Fließkurven eine Art Plateau oder ein flaches Maximum zeigt und in diesem Plateaubereich eine lineare Abhängigkeit von der Konzentration. Die absolute Größe von _c/ ist jedoch um Größenordnungen geringer, als sie nach der Formel vonRouse bzw.Bueche für die erste Relaxationszeit eines Verhängungsnetzwerkes zu erwarten wäre. Das wird so gedeutet, daß bei dem hohen Schergefälle, das bei den Messungen herrschte (D etwa 10⁴ sec^–1), ein Teil der Verhängungen zerstört ist, wodurch die Relaxationszeit vergrößert und der Schermodul verkleinert wird.

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Summary From the end-correction, according to a calculation byFromm based upon theMaxwell-model, a relaxation time and a corrected viscosity _c can be obtained. The quotient _c/ represents a shear modulus. Its value is determined for solutions of cellulosetrinitrate in butylacetate, polyvinylacetate in dioxane, polystyrene in toluene, polyacryloamide in water, and viscose, in dependence of concentrationc and shear rateD. It is found, that _c/ shows a plateau or a flat maximum at the inflection point of the flow curves. In this range, a linear dependence on concentration is found too. The absolute value of _c/, however, is smaller by orders of magnitude than that to be expected for the first relaxation time of an entanglement network according to the formulas byRouse resp.Bueche. This is explained by a partial disruption of entanglements in the high shear rate prevailing at the experiments (D about 10⁴ sec^–1), which effects an increase of the relaxation time and a decrease of the shear modulus.

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Vorgetragen auf der Jahrestagung der Deutschen Rheologen in Bad Ems vom 18.–19. Mai 1967.     

Experimental and numerical analysis of oscillatory tube flow of viscoelastic fluids represented at the example of human blood

Summary The 4 constant parameters of an Oldroyd type constitutive equation for normal human blood of 45% haematocrit were determined by means of the steady flow curve and the material functions () and (), measured at 2 Hz in an oscillatory capillary viscometer. It was found, as other authors did before, that the phenomenological behaviour of blood flow can be reproduced qualitatively thereby. The quantitative behaviour, however, cannot be described by thus developed parameters. The parameters of the constitutive equationµ ₀, ₁ and ₂ were therefore generalized to become dependent of shear rate and frequency respectively.In itself this is nothing but a transformation of the material functions ( ),() and (), but these can be used as parameters in a constitutive equation though having lost the property of constancy.In this way the linear region of viscoelasticity and the steady flow curve can be reproduced quantitatively. A computer simulation of oscillatory flow for large amplitudes shows another tendency for the phase shift between pressure and flow than the experiment in the oscillatory capillary rheometer does.The applicability of a constitutive equation modified in this manner for other than oscillatory flow should be further examined especially for pulsatile flow.

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Zusammenfassung Mit Hilfe der Fließkurve für die stationäre Strömung und Messungen der Materialfunktion () im Oszillations-Kapillarrheometer bei 2 Hz wurden die Konstanten der 4-Konstanten-Oldroyd-Stoffgleichung für gesundes Humanblut von 45% Hämatokrit bestimmt. Es zeigte sich, daß sich — wie auch schon von anderen Autoren mitgeteilt wurde — mit den so ermittelten Modellkonstanten die Phänomenologie des Fließverhaltens des Blutes qualitativ gut beschreiben läßt. Zur quantitativen Beschreibung reicht dieses Modell jedoch nicht aus, wie man an der Wiedergabe der stationären Fließkurve und der Materialfunktionen der linearen Viskoelastizität erkennt. Aus diesem Grund wurden die Parameterµ ₀, ₁ und ₂ in Abhängigkeit der Schergeschwindigkeit bzw. der Frequenz angesetzt.Dies bedeutet zunächst nichts anderes als eine Transformation der Materialfunktionen, jedoch in einer Art, daß letztere als Parameter in einer Stoffgleichung verwendet werden können, was allerdings mit dem Verlust der Konstanz der Parameter verbunden ist. Mit einer derart modifizierten Stoffgleichung lassen sich der Bereich der linearen Viskoelastizität und die stationäre Fließkurve quantitativ beschreiben. Eine Computersimulation der oszillierenden Rohrströmung zeigt für große Amplituden eine andere Tendenz für die Phasenverschiebung zwischen Druck und Volumenstrom, als sie sich bei Messungen am Oszillations-Kapillarrheometer ergibt.Die Anwendbarkeit der modifizierten Stoffgleichung für andere Strömungsformen, wie z.B. pulsierende Rohrströmungen, muß noch geprüft werden.

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Paper, presented at the Annual Conference of the Deutsche Rheologische Gesellschaft in Berlin, May 8–10, 1978.

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With 8 figures     

Das erweiterte Korrespondenzgesetz für die dynamische Idealviskosität und die Idealwärmeleitfähigkeit reiner Stoffe

Zusammenfassung Zur Berechnung der dynamischen Idealviskosität Ideal (T) und der Idealwärmeleitfähigkeit ideal (T) benötigt man die kritische TemperaturT _kr, das kritische spezifische Volum _kr, die MolmasseM, den kritischen Parameter _kr und die molare isochore WärmekapazitätC _v(T). Sowohl das theoretisch, als auch das empirisch abgeleitete erweiterte Korrespondenzgesetz ergeben eine für praktische Zwecke ausreichende Genauigkeit für die Meßwertwiedergabe, die bei den assoziierenden Stoffen und den Quantenstoffen jedoch geringer ist als bei den Normalstoffen.

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The extended correspondence law for the ideal dynamic viscosity and the ideal thermal conductivity of pure substances

For the calculation of the ideal dynamic viscosity Ideal (T) and the ideal thermal conductivity ideal (T) the critical temperatureT _kr, the critical specific volumev _kr, the molecular massM, the critical parameter _kr, and the molar isochoric heat capacityC _v(T) is needed. Not only the theoretically determined but also the empirically determined extended correspondence law gives for practical use a good representation of the measured data, which for the associating substances and the quantum substances is not so good as for the normal substances.

     

Rheology of molten polymers

Summary TheCross equation describes the flow of pseudoplastic liquids in terms of an upper and a lower Newtonian viscosity corresponding to infinite and zero shear, and ₀, and of a third material constant related to the mechanism of rupture of linkages between particles in the intermediate, non-Newtonian flow regime, Calculation of of bulk polymers is important, since it cannot be determined experimentally. The equation was applied to the melt flow data of two low density polyethylenes at three temperatures.Using data in the non-Newtonian region covering 3 decades of shear rate to extrapolate to the zero-shear viscosity resulted in errors amounting to about onethird of the measured ₀ values. The extrapolated upper Newtonian viscosity was found to be independent of temperature within the precision of the data, indicating that it has a small activation energy.The ₀ values were from 100 to 1,400 times larger than the values at the corresponding temperatures.The values of were large compared to the values found for colloidal dispersions and polymer solutions, but decreased with increasing temperature. This shows that shear is the main factor in reducing chain entanglements, but that the contribution of Brownian motion becomes greater at higher temperatures.

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Zusammenfassung Die Gleichung vonCross beschreibt das Fließverhalten von pseudoplastischen Flüssigkeiten durch drei Konstante: Die obereNewtonsche Viskosität (bei sehr hohen Schergeschwindigkeiten), die untereNewtonsche Viskosität ₀ (bei Scherspannung Null), und eine Materialkonstante, die vom Brechen der Bindungen zwischen Partikeln im nicht-Newtonschen Fließbereich abhängt. Die Berechnung von ist wichtig für unverdünnte Polymere, wo man sie nicht messen kann.Die Gleichung wurde auf das Fließverhalten der Schmelzen von zwei handelsüblichen Hochdruckpolyäthylenen bei drei Temperaturen angewandt. Die Werte von ₀, durch Extrapolation von gemessenen scheinbaren Viskositäten im Schergeschwindigkeitsbereich von 10 bis 4000 sec^–1 errechnet, wichen bis 30% von den gemessenen ₀-Werten ab. Die Aktivierungsenergie der war so klein, daß die-Werte bei den drei Temperaturen innerhalb der Genauigkeit der Extrapolation anscheinend gleich waren. Die ₀-Werte waren 100 bis 1400 mal größer als die-Werte.Im Verhältnis zu kolloidalen Dispersionen und verdünnten Polymerlösungen war das der Schmelzen groß, nahm aber mit steigender Temperatur ab. Deshalb wird die Verhakung der Molekülketten hauptsächlich durch Scherbeanspruchung vermindert, aber der Beitrag derBrownschen Bewegung nimmt mit steigender Temperatur zu.

     

Dynamics of two-phase bubble-droplets in immiscible liquids

This paper describes an experimental study of two-phase bubble-droplets of butane in distilled water. In the process of direct-contact heat transfer between two immiscible liquids, and with change of phase, evaporation occurs within a liquid droplet to form an interior bubble which ultimately may expand to absorb the entire droplet. The so-called stopped-evaporation two-phase bubble-droplets were formed by such evaporating droplets of butane rising in a column of water by application of pressure on the surface of the water to stop the evaporation. The configurations of such bubble-droplets, which depend on the ratio of mass of the vapor to mass of the liquid, are discussed. Results are also given for the rise velocity, and comparisons are made between the rise velocity of stopped-evaporation droplets and those of evaporating droplets.

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Dynamik zweiphasiger Blasen-Tropfen in unmischbaren Flüssigkeiten

Zusammenfassung Die experimentelle Untersuchung von zweiphasigen Blasen-Tropfen aus Butan in destilliertem Wasser wird beschrieben. Bei direktem Wärmeaustausch mit Phasenänderung zwischen zwei unmischbaren Flüssigkeiten beginnt die Verdampfung innerhalb eines Flüssigkeitstropfens und bildet eine innere Blase, die sich schließlich ausdehnt und den Tropfen absorbiert. Ein Ende der Verdampfung konnte beim Aufsteigen von Butantropfen in eine Wassersäule durch Anlegen von Druck an der Wasseroberfläche erreicht werden. Die Struktur dieser Blasen-Tropfen, die abhängt vom Verhältnis der Massen des Dampfes und der Flüssigkeit, wird diskutiert. Außerdem werden Ergebnisse für die Aufstiegsgeschwindigkeit gegeben und die Aufstiegsgeschwindigkeiten der verdampfenden Tropfen mit denen bei beendeter Verdampfung verglichen.

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Nomenclature d Equivalent spherical diameter of initial droplet (mm) - D Equivalent spherical diameter of bubble-droplet (mm) - m₀₀ Initial mass of droplet (kg) - m _v Mass of vapour (kg) - Re _c Reynolds number based on water properties (Re_c=UD/) - t Time (s) - T _c Temperature of water (°C) - U Rise velocity (m/s) - Z Position of bubble-droplet (mm) - t ₀ Overall temperature difference (C deg) - Density (kg/m³) - Viscosity (kg/m s)     

Messung und Berechnung des örtlichen und mittleren Stoffübergangs an stumpf angeströmten Kreisscheiben bei unterschiedlicher Turbulenz

Zusammenfassung In einer vergleichenden Literaturübersicht zu Umströmung, Druck- bzw. Geschwindigkeitsverteilung sowie Wärme- und Stoffübergang werden bislang vorliegende Angaben zu stumpf angeströmten Kreisscheiben und -Zylindern zusammengefaßt. Wenige und zudem divergierende Ergebnisse zum Wärme- und Stoffübergang machen grundlegende experimentelle und theoretische Untersuchungen notwendig, wie sie in [l, 2] für die Eichung von Stoffübergangsmeßmethoden benötigt werden.Unter Einbeziehung des quer angeströmten Kreiszylinders wird gezeigt, daß genaue Angaben zum Wärme- und Stoffübergang bei zwei- wie dreidimensionalen Staupunktströmungen bislang nur über die Messung möglich sind. Über gemessene Geschwindigkeitsverteilungen berechnete Stoffübergangskoeffizienten werden von der Messung nicht bestätigt. Sie liegen gegenüber dem Experiment zu niedrig.Die Messungen wurden bei Turbulenzintensiten 0,8%Tu6%, Reynolds-Zahlen 2·10³5 und Scheibendurchmessern 9,3mmd73,7mm durchgeführt. Der Einfluß der Turbulenz auf den Stoffübergang im Staupunkt von Kreisscheiben kann nur näherungsweise über den Smith-Kuethe-Parameter Tu · Re/100 erfaßt werden. Differenzen zwischen Theorie nach Smith und Kuethe für Tu· Re<5 und Messung lassen sich über die Stabilitätstheorie erklären. Für eine genauere Erfassung des Stoffübergangs muß den unterschiedlichen Transportvorgängen über Turbulenzballen oder Längswirbeln sowie der Struktur der Turbulenz Rechnung getragen werden.

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Measuring and computation of local and average mass transfer to disks in cross flow at different turbulence intensities

The results of different publications concerning the flow, pressure and velocity distributions as well as the heat and mass transfer of disks and cylinders in cross flow are compared by a literature review. A few diverging results for heat and mass transfer require new experimental and theoretical approaches. The calibration of recently developed techniques for the determination of mass transfer rates as published in [1, 2] make these investigations expecially necessary. Including the cylinder in cross flow the authors show, that up to now exact data of heat and mass transfer for two- or three-dimensional flow at a forward stagnation region can be obtained by direct measuring only.Mass transfer coefficients computed from measured velocity distributions are not confirmed by the experimental results. Compared to the experimental data they are too low. The measurements were accomplished for turbulence intensities 0.8%Tu6%, Reynolds-numbers 2· 10³5 and disk diameters 9.3 mm d 73.7 mm.The influence of the turbulence on the stagnation point mass transfer of disks can be obtained only approximately by the Smith-Kuethe-parameter Tu·Re/100. Differences between theoretical results of Smith and Kuethe and experimental ones for Tu·Re/100<5 may be explained by the stability theory. For a more accurate determination of the mass transfer the different transport mechanisms of the scale of turbulence or the tree-dimensional flow pattern like Taylor-Görtler-vortices as well as the structure of the turbulence itself have to be regarded.

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Bezeichnungen a Temperaturleitkoeffizient - C_p Beiwert für den statischen Druck - C₂, C₃ Gradient der bezogenen Geschwindigkeit U⁺ am Staupunkt bei ebener, räumlicher Strömung - D_A Diffusionskoeffizient von Ammoniak in Luft - d Durchmesser - Fr=Sh/Re Frössling-Zahl für den Stoffübergang - Fr=Nu/Re Frössling-Zahl für den Wärmeübergang - Le=a/D_A Lewis-Zahl - L Bezugslänge - M Maschenweite von Turbulenzgittern - Nu=·d/ Nußbelt-Zahl - n Exponent der Prandtl-bzw. Schmidt-Zahl - Pr=/a Prandtl-Zahl - p Druck, Partialdruck - p_x statischer Druck an der Stelle x am Rand der Grenzschicht - Re=U · d/ Reynolds-Zahl - r Radius - r(x) radiale Distanz von der Rotationsachse eines Körpers zu einem Oberflächenelement - Sc=/D_A Schmidt-Zahl - Sh= _A ·d/D_A Sherwood-Zahl - T absolute Temperatur - Tu Turbulenzintensität (Turbulenzgrad) in% - U Strömungsgeschwindigkeit in x-Richtung am Rand der Grenzschicht - U Hauptströmungsgeschwindigkeit im freien Kanalquerschnitt - U⁺=U/U bezogene Geschwindigkeit in x-Richtung am Rand der Grenzschicht - u Strömungsgeschwindigkeit in x-Richtung, tangential zur Oberfläche - mittlere turbulente Geschwindig-keitsschwankung in x-Richtung - v Strömungsgeschwindigkeit in y-Richtung, normal zur Oberfläche - x Koordinate in Strömungsrichtung, tangential zur Oberfläche - x_G Entfernung vom Turbulenzgitter in Strömungsrichtung - x⁺ bezogene Länge x/r - y Koordinate normal zur Oberfläche - Wärmeübergangskoeffizient - _A Stoffübergangskoeffizient (Ammoniak) - dimensionsloses Temperaturgefälle an der Wand - Keilvariable - Wärmeleitkoeffizient - Wirbelweilenlänge (mm) - kinematische Zähigkeit - transformierte bezogene Länge - _A Partialdichte von Ammoniak Indices B mit Korrektur aufgrund der Verengung - m mittel - S bezogen auf die Kreisscheibe - Z bezogen auf den Kreiszylinder Herrn Prof. Dr.-Ing. habil. Josef Ipfelkofer zum 70. Geburtstag am 7. April 1977 gewidmet.     

Dehnströmungen mit verdünnten Polymerlösungen: Ein theoretisches Modell und seine experimentelle Verifikation

Zusammenfassung Es werden theoretische Überlegungen zusammenfassend dargestellt, welche die Streckung und Ausrichtung von flexiblen Makromolekülen in stationären einfachen Dehnströmungen beschreiben. Die Makromoleküle werden hierbei als EDNE-(endlich dehnbare, nichtlinear elastische) Hanteln modelliert. Für den Fall niedriger bzw. hoher Dehnungsraten werden Dehnviskositätsgleichungen für Strömungen mit verdünnten Polymerlösungen angegeben.Die Arbeit vergleicht die abgeleiteten theoretischen Gleichungen mit experimentellen Ergebnissen, welche für Porenströmungen erhalten wurden; Porenströmungen weisen Dehnströmungen auf. Anhand der durchgeführten experimentellen Untersuchungen, in denen alle die den Druckverlust maßgebend beeinflussenden strömungsmechanischen und physikalisch-chemischen Parameter variiert wurden, kann gezeigt werden, daß sich die aufgezeigten theoretischen Zusammenhänge quantitativ bestätigen lassen.Schlüsselwörter Dehnströmung, Makromolekülmodell, Porenströmung, EDNE-Hantelmodell, Polymerlösung

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Summary The present paper summarizes theoretical considerations regarding the elongation of flexible macromolecules in simple steady elongational flows. The macromolecules are treated as FENE(finite extensible, nonlinear elastic)-dumbbells. Equations for extensional viscosity are given for flows of dilute polymer solutions applicable at low and high elongation rates.The present paper compares the derived theoretical relationships with experimental results. These results were obtained in porous media flows, which exhibit strong elongational rates. It can be shown on the basis of the experimental investigations, that all fluid mechanic and physico-chemical parameters that influence the measured pressure losses responded as predicted by the theory.

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a Mark-Houwink-Exponent - A Avogadro-Konstante - b Verhältnis von Molekülzeitkonstanten - c Polymergewichtskonzentration - d Kugeldurchmesser der Schüttung - D Diffusionskonstante - De Deborahzahl - f Reibungsbeiwert der Porenströmung - F Kraftvektor des Hantelmodells - g Erdbeschleunigung - H Hookesche Federkonstante des Makromoleküls - k Boltzmann-Konstante - k _1,2,3 empirische Konstanten - K Mark-Houwink-Konstante - l ₀ Länge des Monomeren - L Länge des statistischen Fadenelementes - L ₀ Maximallänge des gestreckten Polymermoleküls - L Bezugslänge für den Druckverlust der Porenströmung - m Masse des statistischen Fadenelementes - m ₀ Masse des Monomeren - Molarität - M Molekulargewicht des Polymeren - n Porosität der Kugelschüttung - n ₀ Hantelkonzentration - N Anzahl der statistischen Fadenelemente - p Druckverlust der Porenströmung - P Polymerisationsgrad - R Endpunktabstand des Makromoleküls - R ₀ maximaler Endpunktabstand des gestreckten Moleküls - mittlerer Endpunktabstand des Moleküls - Orientierungsvektor des Hantelmodells - Re Reynoldszahl der Porenströmung - t Zeit - T Temperatur - mittlere Filtergeschwindigkeit der Porenströmung - v Strömungsfeld - Aufweitungsparameter - Bindungswinkel zweier Kohlenstoffatome - Dehnungsrate - Stokesscher Reibungsfaktor - dynamische Viskosität - ^* reduzierte Viskosität - [] Grenzviskositätszahl - Dehnviskosität - ^* reduzierte Dehnviskosität - Widerstandskennzahl der Porenströmung - v kinematische Viskosität - Dichte des Fluids - _H Hookesche Relaxationszeit des EDNE-Hantelmodells - _H,e Hookesche Relaxationszeit des linear elastischen Hantelmodells - _R Relaxationszeit des starren Hantelmodells - _zz , _yy Normalspannungen - Volumenkonzentration - _fl. dimensionsloser Faktor des Strömungsfeldes - ₀ Konstante der Flory-Fox-Gleichung - Verteilungsfunktion des Hantelmodells - _eq. Gleichgewichtsverteilungsfunktion - a aufgeweitet - e effektiv - max maximal - p polymer - s solvent, Lösungsmittel - Theta-Zustand Mit 12 Abbildungen und 2 Tabellen     

Dynamic melt viscoelastic behavior of random copolymers

Summary The viscoelastic properties of 65/35 styrenen-butyl methacrylate random copolymers were determined using the Eccentric Rotating Disks device of the Rheometrics Mechanical Spectrometer. Similar to the behavior observed in homopolymers, an increase in the molecular weight of the copolymer resulted in extension of the rubbery plateau and in a reduction in the terminal region. The dynamic complex viscosity showed onset of non-Newtonian flow at higher frequencies, with the non-Newtonian region increasing with increasing molecular weight.The elastic modulus,G, was dependent upon the frequency,, asG ^1.5 in the terminal region, rather than asG ² observed for polystyrene. The viscous modulus,G, was proportional to the frequency,, asG , similar to what is observed for polystyrene. The dynamic viscosity | ^*| at high frequencies showed a region independent of molecular weight where a power law of | ^*| ^0.9 is applicable, consistent with entanglement models. Thy dynamic viscosity at low frequencies in the Newtonian region is related to molecular weight as |^*| . Using WLF equations, the coefficient of expansion, _f , was obtained that, together with glass transition, showed a negative deviation from the Fox-Flory relationship.

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Zusammenfassung Die viskoelastischen Eigenschaften von statistischen 65/35-Styrol/n-Butyl-Methacrylat-Kopolymeren wurden mit Hilfe einer Maxwell-Rheometer-Anordnung in Verbindung mit dem Mechanischen Spektrometer der Fa. Rheometrics bestimmt. Ähnlich dem bei Homopolymeren beobachteten Verhalten ergab sich auch hier mit wachsendem Molekulargewicht eine Verbreiterung des Kautschuk-Plateaus und eine Verkleinerung des Endbereichs. Die komplexe Viskosität zeigte erst bei höheren Frequenzen das Einsetzen nicht-newtonschen Fließens an, wobei der nichtnewtonsche Bereich mit steigendem Molekulargewicht größer wurde.Der SpeichermodulG ergab sich im Endbereich als proportional zu ^1,5, im Unterschied zu der bei Polystyrol beobachteten Proportionalität mit ². Dagegen war der VerlustmodulG der Frequenz direkt proportional, ähnlich wie es auch bei Polystyrol beobachtet worden war. Die dynamische Viskosität | ^*| zeigte unabhängig vom Molekulargewicht bei hohen Frequenzen einen Bereich, in dem eine Potenz-Beziehung | ^*| ~ ^0,9 herrschte, was auf die Wirkung von Verzweigungen hindeutet. Dagegen galt bei den niedrigen Frequenzen des newtonschen Bereichs|^*| ~ . Mit Hilfe der WLF-Gleichung wurde der Ausdehnungskoeffizient _f bestimmt, der ebenso wie der Glasübergang eine negative Abweichung von der Fox-Flory-Beziehung zeigte.

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With 10 figures and 1 table     

Deformation to breaking of deep water gravity waves

The results of laboratory observations of the deformation of deep water gravity waves leading to wave breaking are reported. The specially developed visualization technique which was used is described. A preliminary analysis of the results has led to similar conclusions than recently developed theories. As a main fact, the observed wave breaking appears as the result of, first, a modulational instability which causes the local wave steepness to approach a maximum and, second, a rapidly growing instability leading directly to the breaking.List of symbols L total wave length - H total wave height - crest elevation above still water level - trough depression below still water level - wave steepness =H/L - crest steepness =/L - trough steepness =/L - F ₁ forward horizontal length from zero-upcross point (A) to wave crest - F ₂ backward horizontal length from wave crest to zero-downcross point (B) - crest front steepness =/F ₁ - crest rear steepness =/F ₂ - vertical asymmetry factor=F ₂/F ₁ (describing the wave asymmetry with respect to a vertical axis through the wave crest) - µ horizontal asymmetry factor=/H (describing the wave asymmetry with respect to a horizontal axis: SWL) - T ₀ wavemaker period - L ₀ theoretical wave length of a small amplitude sinusoïdal wave generated at T _inf0 ^sup–1 frequency - ₀ average wave height     

Kritische Drehzahlen und Biegeschwingungen kontinuierlich besetzter Wellen bei verschiedenen Lagerungen

Zusammenfassung Für eine gleichmäßig kontinuierlich besetzte Welle konstanter Biegesteifigkeit werden die kritischen Drehzahlen des synchronen Gleich- und Gegenlaufs und die Eigenfrequenzen der Biegeschwingungen berechnet, und zwar für vier verschiedene Lagerungsarten (fliegend gelagerte Welle; zweifach kugelig gelagert; ein Wellenende eingespannt, das andere kugelig gelagert: zweifach eingespannt). Die genauen Ergebnisse für die Grundfrequenz bis einschließlich der dritten Oberfrequenz sind graphisch dargestellt und lassen den Einfluß der Trägheitsmomente und der Lagerungsart erkennen. Für die höheren Frequenzen werden Näherungsformeln mitgeteilt, so daß das gesamte Frequenzspektrum erfaßt wird.Vorliegende Arbeit entstand auf Anregung von Prof. Dr. H. Neuber, Lehrstuhl für Technische Mechanik der Technischen Hochschule München.     

Polypropylene and polyethylene blends

Summary The flow behaviour of blends of an isotactic polypropylene (PP) and a high density polyethylene (PE) in the molten state was studied as a function of composition, temperature and shear rate to examine the degree of compatibility under shear. PP and PE were melt blended in a laboratory single screw mixing extruder at the compositions 0, 25, 50, 75 and 100 percentage of PE by weight and shear stress versus shear rate data were obtained using an Instron capillary viscometer at different temperatures. Viscosity-shear rate data of PP-PE blends at different temperatures constitute master curves at constant blend composition, when plotted as /₀ versus ₀/T. This type of behaviour is commenly observed for homopolymer systems. Therefore these experimental findings indicate that the PP-PE system forms either a compatible blend in the molten state under shear flow conditions or a morphology which is independent of temperature.

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Zusammenfassung Es wurde das Fließverhalten von Mischungen eines isotaktischen Polypropylens (PP) und eines Polyäthylens mit hoher Dichte (PE) im Schmelzzustand untersucht in Abhängigkeit von der Zusammensetzung, der Temperatur und der Schergeschwindigkeit. Damit sollte der Grad der Kompatibilität unter Scherbeanspruchung geprüft werden. PP und PE wurden in einem Labor-Einschnecken-Misch-Extruder mit Anteilen von 0, 25, 50, 75 und 100 Gewichts-Prozent PE zusammengemischt. Die Fließkurven wurden bei verschiedenen Temperaturen in einem Instron-Kapillar-Rheometer gemessen. Die Viskositätsverläufe als Funktion der Schergeschwindigkeit bei verschiedenen Temperaturen lassen sich bei konstantem Mischungsverhältnis zu Masterkurven zusammenfassen, wenn man /₀ gegen ₀/T aufträgt. Dieses Verhalten findet man gewöhnlich nur für Homopolymerisate. Daher zeigen diese experimentellen Ergebnisse an, daß die PP-PE-Systeme im Schmelzzustand unter der Bedingung des Scherfließens entweder eine kompatible Mischung bilden oder aber eine temperaturunabhängige Morphologie aufweisen.

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In partial fulfilment of the Teknisk Licentiate degree (Ph.D.).

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With 11 figures and 3 tables     

Mixed convection on vertical plate for fluids of any prandtl number

A mixed convection parameter=(Ra) ^1/4/(Re)^1/2, with=Pr/(1+Pr) and=Pr/(1 +Pr)^1/2, is proposed to replace the conventional Richardson number, Gr/Re², for combined forced and free convection flow on an isothermal vertical plate. This parameter can readily be reduced to the controlling parameters for the relative importance of the forced and the free convection,Ra ^1/4/(Re ^1/2 Pr ^1/3) forPr 1, and (RaPr)^1/2/(RePr ^1/2 forPr 1. Furthermore, new coordinates and dependent variables are properly defined in terms of, so that the transformed nonsimilar boundary-layer equations give numerical solutions that are uniformly valid over the entire range of mixed convection intensity from forced convection limit to free convection limit for fluids of any Prandtl number from 0.001 to 10,000. The effects of mixed convection intensity and the Prandtl number on the velocity profiles, the temperature profiles, the wall friction, and the heat transfer rate are illustrated for both cases of buoyancy assisting and opposing flow conditions.

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Mischkonvektion an einer vertikalen Platte für Fluide beliebiger Prandtl-Zahl

Zusammenfassung Für die kombinierte Zwangs- und freie Konvektion an einer isothermen senkrechten Platte wird ein Mischkonvektions-Parameter=( Ra) ^1/4 (Re)^1/2, mit=Pr/(1 +Pr) und=Pr/(1 +Pr)^1/2 vorgeschlagen, den die gebräuchliche Richardson-Zahl, Gr/Re², ersetzen soll. Dieser Parameter kann ohne weiteres auf die maßgebenden Kennzahlen für den relativen Einfluß der erzwungenen und der freien Konvektion reduziert werden,Ra ^1/4/(Re ^1/2 Pr ^1/3) fürPr 1 und (RaPr)^1/4/(RePr)^1/2 fürPr 1. Weiterhin werden neue Koordinaten und abhängige Variablen als Funktion von definiert, so daß für die transformierten Grenzschichtgleichungen numerische Lösungen erstellt werden können, die über den gesamten Bereich der Mischkonvektion, von der freien Konvektion bis zur Zwangskonvektion, für Fluide jeglicher Prandtl-Zahl von 0.001 bis 10.000 gleichmäßig gültig sind. Der Einfluß der Intensität der Mischkonvektion und der Prandtl-Zahl auf die Geschwindigkeitsprofile, die Temperaturprofile, die Wandreibung und den Wärmeübergangskoeffizienten werden für die beiden Fälle der Strömung in und entgegengesetzt zur Schwerkraftrichtung dargestellt.

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Nomenclature C _f local friction coefficient - C _p specific heat capacity - f reduced stream function - g gravitational acceleration - Gr local Grashoff number,g T _w –T )x³/v² - Nu local Nusselt number - Pr Prandtl number,v/ - Ra local Rayleigh number,g T _w –T x ³/( v) - Re local Reynolds number,u x/v - Ri Richardson number,Gr/Re ² - T fluid temperature - T _w wall temperature - T free stream temperature - u velocity component in thex direction - u free stream velocity - v velocity component in they direction - x vertical coordinate measuring from the leading edge - y horizontal coordinate Greek symbols thermal diffusivity - thermal expansion coefficient - mixed convection parameter (Ra)1/4/Re)^1/2 - pseudo-similarity variable,(y/x) - ₀ conventional similarity variable,(y/x)Re ^1/2 - dimensionless temperature, (T–T T _W –T - unified mixed-flow parameter, [(Re) ^1/2 + (Ra)^1/4] - dynamic viscosity - kinematic viscosity - stretched streamwise coordinate or mixed convection parameter, [1 + (Re)^1/2/(Ra) ^1/4]^–1=/(1 +) - density - Pr/(1 + Pr) _w wall shear stress - stream function - Pr/(l+Pr)^1/3 This research was supported by a grand from the National Science Council of ROC     

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.     

Rheologische Messungen an Polypropylenschmelzen

Zusammenfassung An einer Anzahl von Polypropylenproben wurden die Grenzviskositäten [] und dieNewtonschen Schmelzviskositäten ₀ bei 190 °C gemessen; die meisten Proben wurden fraktioniert und die Molekulargewichtsverteilung festgestellt. Die Messung der Schmelzviskosität erfolgte in einem Extrusionsrheometer mit drei Düsen verschiedener Länge. Es wurden Endkorrekturen bestimmt und die Schubspannung entsprechend korrigiert. Für die-M-Beziehung ergibt sich: log ₀=3,69 log¯M _w –11,90.Proben mit sehrenger bzw. weiter Molekulargewichtsverteilung weichen von dieser Beziehung deutlich ab. Eine für die Molekulargewichtsverteilungsbreite besonders empfindliche Größe ist die Steigungskonstante (1/ vs.), die gleichzeitig ein Maß für den Grad des Nicht-Newtonschen Verhaltens der Schmelze darstellt, bzw. ₀ ; diese letzte Größe eignet sich ganz besonders zur Kennzeichnung der Verteilung sowohl für Proben mit besonders enger Verteilung (Fraktionen, Abbauprodukte, Luparen) als auch für den anderen Extremfall (Mischungen).Vorgetragen auf der Arbeitstagung der Sektion Rheologie des Vereins Österreichischer Chemiker am 28. September 1965 in Graz.Die Messungen und experimentellen Arbeiten wurden von FräuleinHeather Furley und HerrnHelmuth Lehner durchgeführt.     

Rheologie pathologischer Gelenkflüssigkeiten

Zusammenfassung Zur Charakterisierung der Lösungsstruktur pathologischer Synovialflüssigkeiten wurden parallel rheologische Untersuchungen sowohl im Bereich konzentrierter als auch verdünnter Lösungen durchgeführt. Durch die Berücksichtigung der Scherabhängigkeit der Grenzviskositätszahl [] und Messung bei niedrigen Schergeschwindigkeiten (D 2,9 10^–3 – 4,6 s^–1) errechneten sich höhere Molekulargewichte der Hyaluronsäure (HA) als bisher angegeben. Für entzündliche Gelenkergüsse betragen sie (2,4–12,0) 10⁶, für nicht entzündliche (3,1–11,4) 10⁶ und sind damit gegenüber der normalen Synovia mit 16,2 10⁶ erniedrigt. Unterschiedlichek _SB-Werte sprechen zusätzlich für eine stärkere Verknäuelung der HA-Makromoleküle in der pathologischen Synovia.Durch Ermittlung der kritischen Polymerkonzentration der HA sowie der Verhängungszahlenv aus Anlaufmessungen konnten quantitative Aussagen zum makromolekularen Netzwerk getroffen werden. Die normale Synovia entspricht einem sehr engmaschigen und dichten Netz, aber auch in den pathologischen Gelenkflüssigkeiten ist die HA nicht im Sinne einer Partikellösung isoliert, sondern bildet ein, wenn auch lockeres Netzwerk mit wesentlich niedrigerer Verhängungszahl. Eine Erniedrigung der Viskosität und Elastizität isolierter HA weist darauf hin, daß molekulare Wechselwirkungen zwischen HA und anderen Makromolekülen in der Synovialflüssigkeit für das rheologische Verhalten von wesentlicher Bedeutung sind. Relaxationszeitmessungen in Ruhe und unter Scherung zeigten eine vermehrte Segmentbeweglichkeit des Netzwerkes der pathologischen Synovia als Folge der HA-Konzentrationsabnahme und/oder Molekulargewichtsverminderung.

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Summary Rheological investigations were done in concentrated as well as diluted solutions to characterize the solution structure of pathological synovial fluids. By looking at the shear rate dependence of [] at low shear rates (D 2,9 10^–3 – 4,6 s^–1) higher molecular weights were determined than reported before. The so determined molecular weights of hyaluronic acid (HA) are in the range ofM = 2,4 10⁶–12 10⁶ g/mol in inflammatory joint diseases and in non-inflammatory in a range ofM = 3,1 10⁶–11,4 10⁶ g/mol and therefore both are lower than in normal synovial fluids,M = 16,2 10⁶ g/mol. Additional distinctk _SB-values indicate a compacter coil of HA macromolecules in the pathological synovial fluid.Quantitative statements can be made to the macromolecular network structure by determination of the critical HA polymer concentration and the number of entanglements resulting from prestationary measurements. The normal synovial fluid is comparable with a very narrow-meshed and dense network, but also in the pathological synovial fluid the HA is not isolated like in a particle solution but forms a much looser entanglement network structure. The reduction of viscosity and elasticity of isolated HA indicate that molecular interactions between HA and other macromolecules in synovial fluid are of essential significance for the rheological behaviour. Measurements of relaxation time at rest as well as shear conditions show a higher segment-flexibility of macromolecular network structure resulting from a reduction of HA-concentration and/or molecular weight in the pathological synovial fluid.

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D Schergeschwindigkeit - D _K D-Koordinate des Tangentenschnittpunktes der Fließkurve - t _k Knickzeit (Relaxationszeit) - scheinbare Viskosität (Scherviskosität) - ₀ Anfangs-, Nullviskosität - _rel relative Viskosität - _sp spezifische Viskosität - _red = _sp/c reduzierte Viskosität - [] Grenzviskositätszahl (Staudinger-Index) - A Flächenmaß der master-curve - G ₀ Ruheschermodul - G _s Schermodul der strömenden Lösung - _N = ₁₁ – ₂₂ erste Normalspannungsdifferenz - ₁₂ Schubspannung - ₀ scheinbare Relaxationszeit der ruhenden Lösung - scheinbare Relaxationszeit der strömenden Lösung - v Verhängungszahl - M Molekulargewiht - s ₂₀ Sedimentationskoeffizient bezogen auf 20°C - s ₂₀ ⁰ Sedimentationskoeffizient bezogen auf 20°C bei unendlicher Verdünnung (c 0) - c Hyaluronsäure-Konzentration - c _krit kritische Hyaluronsäure-Konzentration - c _p Protein-Konzentration - _äqu Dichte äquivalenter Kugeln - Dichte des Mediums im Kegel/Platte-Spalt - Winkelgeschwindigkeit - R Radius von Kegel und Platte des Meßsystems - r Korrelationskoeffizient - p Signifikanzniveau Herrn Prof. Dr. med.Fritz Hartmann zu seinem 60. Geburtstag gewidmet.Mit 14 Abbildungen und 5 Tabellen