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.

     

A similarity law for acute circular cones at large angles of attack in a supersonic flow

For thin bodies placed in a hypersonic flow at a small angle of attack the similarity law is known. From this law it follows that for various numbers M, angles of attack , and relative thicknesses the similarity conditions will be observed if in the flows under consideration the parameters M and / are the same. This similarity law is obtained with the assumption M 1, 1. But even for M=3 and 1/3 the results of solving the complete system of gasdynamic equations for affino-similar bodies is in a good agreement with the similarity law [1], In [2] it is shown that this similarity law is generalized for the case of a flow around a thin pointed body at large angles of attack. According to the similarity law, at large angles of attack the flows near bodies with an identical distribution of cross-sectional shapes will be similar if the parameters K₁= cotan and K₂=m sin for all cases have one and the same value. As the angle of attack decreases, the requirements of constancy of K₁ and K₂ become analogous to the conditions M=const, /=const.Translated from Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Mekhanika Zhidkosti i Gaza, No. 3, pp. 78–83, May–June, 1976.The authors thank V. V. Lunev for the useful discussions and valuable observations.     

The boundary-layer flow past a suddenly heated vertical surface in a saturated porous medium

The boundary-layer flow generated on an impermeable vertical surface in a saturated porous medium is considered in the case when wall heating at a rate proportional tox is switched on at timet=0, (x measures distance along the wall and is a constant). The similarity equations which hold in the limit of larget are discussed and are shown to have a solution only for >–1. The behaviour of the solution as –1 and as is obtained. Numerical solutions of the initial value problem are then obtained for a range of values of . A direct numerical integration is possible for 1, while an iterative procedure is required for <1, with the numerical scheme becoming unstable for =–0.5.

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Grenzschichtströmung an einer plötzlich aufgeheizten vertikalen Fläche, in einem gesättigten porösen Medium

Zusammenfassung Es wird die an einer undurchlässigen, vertikalen Fläche hervorgerufene Grenzschichtströmung im Falle eines Einschalten der Heizung beit=0 betrachtet. Die Stärke der Wandheizung is proportional zux , wobeix die Koordinate längs der Wand ist und eine Konstante. Die Ähnlichkeitsgleichungen werden für den Bereich von großen Zeitent besprochen und es wird gezeigt, daß eine Lösung nur für >–1 vorliegt. Es wird das Verhalten der Lösungen für –1 und erhalten. Numerische Lösungen für die Anfangsbedingungen des Problems werden für eine Reihe von -Werten errechnet. Eine direkte numerische Integration ist für 1 möglich, während für <1 eine Iteration erforderlich ist, wobei das numerische Verhalten für =–0.5 instabil wird.

     

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     

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.     

Über den Einfluß der veränderlichen Viskosität auf die Stabilität der ebenen Kanalströmung

Zusammenfassung Der Einfluß einer veränderlichen Viskosität auf die Stabilität der ebenen Kanalströmung wird untersucht. Um den Effekt der Viskositätsänderung besonders hervorzuheben, wird ein Materialgesetz ohne Relaxationseigenschaften zugrundegelegt. Außerdem wird nur das Verhalten von ebenen Störungen untersucht. Unter der Ausnutzung der Verwandtschaft der Problemstellung mit dem newtonschen Fall können die Näherungsgleichungen vonC. C. Lin in modifizierter Form übernommen werden. Die Stabilität wird durch die Änderung des Grundprofils infolge der veränderlichen Viskosität und die differentielle Viskosität in der kritischen Schicht bestimmt.

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Summary The influence of shear rate dependent viscosity on the stability of plane channel flow is investigated. In order to demonstrate the effect of the viscosity variation a constitutive model without relaxation properties is choosen. Furthermore only perturbations in the plane of flow are investigated. Since the problem is similar to the newtonian case, the approximate equations ofC. C. Lin can be appropriately modified. The stability depends on the change of the basic profile due to shear rate dependent viscosity and on differential viscosity in the critical layer.

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Liste der wichtigsten Symbole A Dimensionslose Kennzahl: - b Stoffkonstante - h Halbe Kanalhöhe - Druckgradient - Re Reynoldszahl - Re _k Kritische Reynoldszahl - Re _k Kritische Reynoldszahl für ein newtonsches Fluid mit der Viskosität - u _g(y) Grundgeschwindigkeitsprofil - U _M Maximale Geschwindigkeit - Viskosität - Viskosität im zweiten newtonschen Bereich - _D Differentielle Viskosität - Stoffkonstante - _k Kritischer Druckgradient _k = –(dp/dx)_k - _k Kritischer Druckgradient für ein newtonsches Fluid mit der Viskosität - Dichte des Fluids Mit 8 Abbildungen     

Asymptotic analysis of equilibrium states for rotating turbulent flows

The equilibrium states of homogeneous turbulence simultaneously subjected to a mean velocity gradient and a rotation are examined by using asymptotic analysis. The present work is concerned with the asymptotic behavior of quantities such as the turbulent kinetic energy and its dissipation rate associated with the fixed point (/kS)=0, whereS is the shear rate. The classical form of the model transport equation for (Hanjalic and Launder, 1972) is used. The present analysis shows that, asymptotically, the turbulent kinetic energy (a) undergoes a power-law decay with time for (P/)<1, (b) is independent of time for (P/)=1, (c) undergoes a power-law growth with time for 1<(P/)<(C ₂–1), and (d) is represented by an exponential law versus time for (P/)=(C ₂–1)/(C ₁–1) and (/kS)>0 whereP is the production rate. For the commonly used second-order models the equilibrium solutions forP/,II, andIII (whereII andIII are respectively the second and third invariants of the anisotropy tensor) depend on the rotation number when (P/kS)=(/kS)=0. The variation of (P/kS) andII versusR given by the second-order model of Yakhot and Orzag are compared with results of Rapid Distortion Theory corrected for decay (Townsend, 1970).     

Calculation of the pressure on the side surface of bodies consisting of a spherical segment joined to an inverted cone in a supersonic stream

The results of investigations of inviscid flow over inverted cones with nose consisting of a spherical segment were published for the first time in Soviet literature in [1–4]. In the present paper, a numerical solution to this problem is obtained using the improved algorithms of [5, 6], which have proved themselves well in problems of exterior flow over surfaces with positive angles of inclination to the oncoming flow. It is shown that the Mach number 2 M , equilibrium and nonequilibrium physicochemical transformations in air (H = 60 km, V = 7.4 km/sec, R₀ = 1 m), and the angle of attack 0 40° influence the investigated pressure distributions. A comparison of the results of the calculations with drainage experiments for M = 6, = 0-25° confirms the extended region of applicability of the developed numerical methods. Also proposed is a simple correlation of the dependence on the Mach number in the range 1.5 M of the shape of the shock wave near a sphere in a stream of ideal gas with adiabatic exponent = 1.4.Translated from Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Mekhanika Zhidkosti i Gaza, No. 1, pp. 178–183, January–February, 1981.     

Numerical study of liquid film cooling along an inclined plate

A numerical method of analyzing liquid film cooling along an inclined plate is presented. A marching procedure is employed for solution of the equations of mass, momentum, energy and concentration in the flow. Results for heat and mass transfer characteristics are presented for air-water system. The effects of the inclined angle , free-stream temperatureT , free-stream velocityu , and inlet film thickness on the heat and mass transfer along the gasliquid interface are examined in detail. Results show that an increase in free-stream temperature and velocity causes an increase in interfacial temperature while an increase in inclined angle and inlet film thickness causes a reduction in interfacial temperature. Additionally, the predicted results with the transport in the liquid film treated are contrasted with those with the transport in the liquid film untreated, showing that the assumption of an extremely thin film is inappropriate for a larger .

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Numerische Untersuchung der Flüssigfilm-Kühlung entalang einer geeigneten Platte

Zusammenfassung Es wird eine numerische Methode zur Untersuchung der Flüssigfilm-Kühlung entlang einer geneigten Platte vorgestellt. Die Lösung der Bilanzgleichung für Masse, Impuls, Energie und Konzentration in der Strömung erfolgt mit Hilfe eines expliziten Verfahrens. Ergebnisse für das Wärme- und Stoffaustauschverhalten werden bezüglich des Systems Luft — Wasser mitgeteilt. Im einzelnen befaßt sich die Untersuchung mit der Ermittlung des Einflusses von Neigungswinkel , FreistrometemperaturT , Freistromgeschwindigkeitu und Eintrittsfilmdicke auf den Wärme- und Stoffübergang entlang der Gas-Flüssigkeitsgrenzfläche. Die Ergebnisse zeigen eine Abnahme der Grenzflächentemperatur bei ansteigender Freistromtemperatur und -geschwindigkeit und eine Erhöhung, wenn Neigungswinkel und Eintrittsfilmdicke zunehmen. Zusätzlich folgt aus den Berechnungen, daß bei größeren Filmdicken die Annahme eines extrem dünnen Films unter Vernachlässigun g der vollständigen Transportmechanismen im Flüssigkeitsfilm zu falschen Ergebnissen führt.

     

The finite element solutions of laminar flow and combined convection of air in a staggered or an in-line tube-bank

A finite element method is used to solve the full Navier-Stokes and energy equations for the problems of laminar combined convection from three isothermal heat horizontal cylinders in staggered tube-bank and four isothermal heat horizontal cylinders in in-line tube-bank. The variations of surface shear stress, pressure and Nusselt number are obtained over the entire cylinder surface including the zone beyond the separation point. The predicted values of total, pressure and friction drag coefficients, average Nusselt number and the plots of velocity flow fields and isotherms are also presented.

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Die Finite-Elemente-Lösung von laminarer Strömung und kombinierter Konvektion von Luft in einer versetzten oder fluchtenden Rohranordnung

Zusammenfassung Eine Methode der finiten Elemente wird zur Lösung der vollständigen Navier-Stokes- und der Energiegleichung für die Probleme der laminaren kombinierten Konvektion an drei isothermen geheizten horizontalen Zylindern in versetzter Rohranordnung sowie für vier isotherme geheizte horizontale Zylinder in fluchtender Anordnung verwendet.Die Veränderung der Wandschubspannung, des Druckes und der Nusselt-Zahl werden für die gesamte Zylinderoberfläche, einschließlich des Bereiches nach dem Ablösepunkt, bestimmt. Die Werte des gesamten Widerstandsbeiwertes aufgrund von Druck und Reibung, die durchschnittliche Nusselt-Zahl und die Diagramme des Geschwindigkeitsfeldes und der Isothermen werden ebenfalls aufgezeigt.

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Nomenclature C specifie heat - C _D total drag coefficient - C _f friction drag coefficient - C _p pressure drag coefficient - D diameter of cylinder,L=2R ₀ - G, g gravitational acceleration - Gr Grashof number, g(T_w–T )D ³/v ² - h local heat transfer coefficient - K thermal conductivity - L spacing between the centers of cylinder - M _l shape function - N _i shape function - Nu, local and average Nusselt numbers - P dimensionless pressure, p^*/u ² - p ^*,p pressure, free stream pressure - Pe Peclet number,RePr - Pr Prandtl number, c/K - Ra Rayleigh number,Gr Pr - Re Reynolds number,Du /v - R ₀ radius of cylinder - T temperature - T _w temperature on cylinder surface with fixed value - T free stream temperature - v dimensionless x-direction component of velocity,v ^*/u - u ^* x-direction component of velocity - u free stream velocity - v dimensionless Y-direction component of velocity,v ^*/u - v ^* Y-direction component of velocity - X x-direction axis - x dimensionless x-direction coordinate,x ^*/D - x^* x-direction coordinate - Y Y-direction axis - y dimensionless Y-direction coordinate,y ^*/D - y ^* Y-direction coordinate Greek symbols coefficient of volumetric thermal expansion - plane angle - dynamic viscosity - kinematic viscosity, / - density of fluid - _w dimensionless surface shear stress, _* ^w /u ² - skw/* surface shear stress - dimensionless temperature,      

Supersonic nonequilibrium flow past segmental bodies of a mixture simulating the atmosphere of venus

Calculations of the flow of the mixture 0.94 CO₂+0.05 N₂+0.01 Ar past the forward portion of segmentai bodies are presented. The temperature, pressure, and concentration distributions are given as a function of the pressure ahead of the shock wave and the body velocity. Analysis of the concentration distribution makes it possible to formulate a simplified model for the chemical reaction kinetics in the shock layer that reflects the primary flow characteristics. The density distributions are used to verify the validity of the binary similarity law throughout the shock layer region calculated.The flow of a CO₂+N₂+Ar gas mixture of varying composition past a spherical nose was examined in [1]. The basic flow properties in the shock layer were studied, particularly flow dependence on the free-stream CO₂ and N₂ concentration.New revised data on the properties of the Venusian atmosphere have appeared in the literature [2, 3] One is the dominant CO₂ concentration. This finding permits more rigorous formulation of the problem of blunt body motion in the Venus atmosphere, and attention can be concentrated on revising the CO₂ thermodynamic and kinetic properties that must be used in the calculation.The problem of supersonic nonequilibrium flow past a blunt body is solved within the framework of the problem formulation of [4].Notation V body velocity - shock wave standoff - universal gas constant - ratio of frozen specific heats - hRt/m enthalpy per unit mass undisturbed stream P pressure - density - T temperature - m molecular weight - c_p specific heat at constant pressure - (X) concentration of component X (number of particles in unit mass) - R body radius of curvature at the stagnation point - _j rate of j-th chemical reaction shock layer P V ² pressure - density - TT temperature - mm molecular weight Translated from Izv. AN SSSR. Mekhanika Zhidkosti i Gaza, Vol. 5, No. 2, pp. 67–72, March–April, 1970.The author thanks V. P. Stulov for guidance in this study.     

Mixed convection from a horizontal plate to fluids of any Prandtl number

Laminar mixed convection over a horizontal plate with uniform wall temperature or uniform wall heat flux is analyzed by introducing proper buoyancy parameters and transformation variables for fluids of any Prandtl number between 0.001 and 10,000. Both cases of buoyancy assisting and opposing flow conditions are investigated. For the buoyancy-assisting case, the obtained numerical results are very accurate over the entire range of mixed convection intensity from pure forced convection limit to pure free convection limit. For the buoyancy-opposing case, solutions are obtained from the forced convection limit to the point of breakdown.

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Mischkonvektion an einer horizontalen Platte für Fluide mit beliebiger Prandtl-Zahl

Zusammenfassung Es wurde laminare Mischkonvektion an einer horizontalen Platte mit einheitlicher Wandtemperatur oder einheitlicher Wandwärmestromdichte bei Einführung zweckmäßiger Auftriebsparameter und Transformationsvariablen für Fluide mit beliebiger Prandtl-Zahl zwischen 0,001 und 10 000 untersucht. Es wurden die Fälle der Strömung entgegen und in Richtung der Auftriebskraft untersucht. Für den Fall der Strömung in Richtung der Auftriebskraft wurden sehr genaue numerische Ergebnisse für den gesamten Bereich der gemischten Konvektion von rein erzwungener Konvektion bis zu rein freier Konvektion erhalten. Für den Fall der Strömung entgegen der Auftriebsrichtung wurden Lösungen für erzwungene Konvektion bis zum Umkehrpunkt erhalten.

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Nomenclature C _f local friction coefficient - f reduced stream function - g gravitational acceleration - Gr local Grashof number for UWT,g (T _w –T )x ³/ ² - Gr* local Grashof number for UHF,g q _w x ⁴/k ² - m =10 for UWT; and =6 for UHF - n =5 for UWT; and =3 for UHF - Nu local Nusselt number - p pressure - Pr Prandtl number,/ - q _w wall heat flux - Ra local Rayleigh number for UWT,Gr Pr - Ra* local Rayleigh number for UHF,Gr*Pr - Re local Reynolds number,u x/ - T fluid temperature - T _w wall temperature - T free-stream temperature - u velocity component inx-direction - u free-stream velocity - v velocity component iny-direction - x coordinate parallel to the plate - y coordinate normal to the plate Greek symbols thermal diffusivity - thermal expansion coefficient - =0 for UWT; and =1 for UHF - buoyancy parameter, =( Ra)^1/5/( Re)^1/2 for UWT; and =( Ra*)^1/6/( Re)^1/2 for UHF - pseudo-similarity variable, (y/x) - dimensionless temperature, =(T–T )/(T _w –T ) for UWT; and =(T–T )/(q _w x/k) for UHF - =[( Re)^1/2+( Ra)^1/5] for UWT; and =[( Re)^1/2+( Ra*)^1/6] for UHF - dynamic viscosity - kinematic viscosity - /(1+) - dimensionless pressure - density - Pr/(1+Pr) - _w wall shear stress,(u/y) _y=0 - stream function - Pr/(1+Pr)^1/3     

Dynamic-mechanical properties of a bitumen-silica composite

Summary The dynamic-mechanical behaviour of bitumensilica composites is described by a linear biparabolic model. Its mathematical expression allows the calculation of the mean relaxation times () either at different temperatures and given filler contents or for diverse filler contents () at imposed temperatures. At fixed filler concentration and within restricted temperature domains, obeys Arrhenius' law. The activation energies are respectively close to 10 kcal/mole (creep) and 30 kcal/mole (glass-transition). varies exponentially with. The mathematical treatment of the expressions ofE , as a function of temperature and of, leads to a general equation relating the complex modulus to temperature, frequency and filler content. A unique master curve, accounting for the viscoelastic behaviour of the composites, in limited ranges, can thus be constructed.

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Zusammenfassung Das dynamisch-mechanische Verhalten von Bitumen-Siliziumdioxyd-Zusammensetzungen kann durch ein lineares biparabolisches Modell beschrieben werden. Sein mathematischer Ausdruck erlaubt die Ausrechnung der mittleren Relaxationszeiten () entweder für verschiedene Temperaturen bei gegebenem Füllstoffgehalt oder für unterschiedliche Siliziumdioxydmengen () bei bekannter Temperatur. Für einen bestimmten Füllstoffgehalt folgt in einem beschränkten Temperaturbereich dem Arrheniusschen Gesetz. Die Aktivierungsenergien betragen näherungsweise 10 kcal/Mol (Fließprozeß) bzw. 30 kcal/Mol (Glasübergang). ändert sich exponentiell mit. Die mathematische Umformung der Ausdrücke fürE und als Funktion der Temperatur und des Parameters ergibt eine allgemeine Gleichung, die den komplexen Modul mit der Temperatur, der Frequenz und dem Füllstoffgehalt verknüpft. Man kann eine einzige Masterkurve bilden, die das viskoelastische Verhalten der Zusammensetzungen zumindest in begrenzten Bereichen beschreibt.

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Résumé Le comportement mécanique dynamique des composites à base de bitume et de silice peut être décrit par un modèle biparabolique linéaire. L'expression mathématique permet le calcul des temps moyens () de relaxation d'une part aux différentes températures, à taux de charge donné, et d'autre part pour diverses valeurs des taux de charge (paramètre) à température imposée. A taux de charge donné, et pour des domaines de température restreints, suit la loi d'Arrhénius. Les énergies apparentes d'activation sont respectivement voisines de 10 kcal/mole (processus de fluage) et de 30 kcal/mole (passage à l'état vitreux). Avec, varie exponentiellement. L'évaluation mathématique deE , de en fonction deT et de conduit à une expression générale du module complexe en fonction de la température, de la fréquence et du taux de charge. On peut donc construire une courbe maitresse unique qui décrit entièrement, mais dans des domaines restreints, le comportement viscoélastique des composites.

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With 6 figures     

Classification of linear viscoelastic solids based on a failure criterion

An isotropic, incompressible linear viscoelastic solid subjected to a step shear displacement fails if the relaxation function G(s) is such that 0<G(0)< and –<G(0)0. In this case, the discontinuity in displacement propagates into the interior of the body. The discontinuity will not propagate however if G(0)= or G(0)=–. In the former case there is a diffusion-like smoothening of discontinuous data characteristic of parabolic equations. The case G(0)= may be achieved by composing the kernel as a sum of a smooth kernel and a delta function at the origin times a viscosity coefficient. If the viscosity is small, the smoothing will take place in a propagating layer which scales with the small viscosity. The case of G(0)=– is interesting in the sense that the solution is C smooth but the boundary of the support of the solution propagates at a constant wave spped. If 0<G(0)< and –<G(0)<0, then the material accomodates stress waves under step traction leading to an elastic steady state.     

Thermoelastic waves in a thin plate with mixed boundary conditions and thermal relaxation

Summary The generalized theory of Lord and Shulman is used to study the characteristics of the wave motion in a thin plate of infinite length under plane stress state. The frequency equations of the plate are discussed for mixed boundary conditions and for isothermal and insulated edges. For the limiting frequency analytical expressions for the phase velocity v, the attenuation constant S and the specific loss are found and the variation of v and S with the frequency are presented in tables. Finally the paths of particles of the plate are determined and the role of the relaxation parameter is discussed.

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Thermoelastische Wellen in einer dünnen Platte mit gemischten Grenzbedingungen und thermischer Relaxation

Übersicht Unter Anwendung der allgemeinen Theorie von Lord und Shulman werden die Eigenschaften der Wellenbewegung einer dünnen Platte unendlicher Länge im ebenen Spannungszustand untersucht. Ferner werden die Frequenzgleichungen der Platte für gemischte Grenzbedingungen sowie isotherme und isolierte Ecken diskutiert. Für die Grenzfrequenz werden analytische Ausdrücke für die Phasen-Geschwindigkeit v, die Dämpfungskonstante S und die spezifischen Verluste ermittelt und die Abhängigkeit von v und S von der Frequenz in Tabellen dargestellt. Schließlich werden die Teilchenbewegungen der Platte bestimmt und die Rolle der Relaxationsparameter diskutiert.

     

Oscillatory free convection heat transfer along a semi-infinite vertical plate

Summary The fluctuating free convection flow along a semi-infinite vertical plate is considered when the plate temperature is of the form T _p –T =(T ₀ –T ) where 0 < 1, denotes the frequency of oscillation and the mean temperature T ₀–T is proportional to ⁿ (0 n < 1). Flow and temperature fields have been obtained by means of two asymptotic expansions. For small values of the frequency parameter , a regular expansion is obtained while for large the method of matched asymptotic expansion is used. It is found that the skin friction and the rate of heat transfer obtained from two expansions overlap satisfactorily for a certain value of . For n=1 the flow governing equations to a semisimilar form, and have been solved by finite difference method. The results obtained from the series and the finite difference methods are in good agreement.

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Oszillierender Wärmeübergang an einer halbunendlichen senkrechten Platte bei freier Konvektion

Übersicht Betrachtet wird die fluktuierende freie Konvektionsströmung längs einer halbunendlichen senkrechten Platte, deren Temperatur dem Gesetz T _p –T =(T ₀–T ) [1+ sin {ie1-03}] folgt, wobei 0 < 1 gelte, {ie1-04} die Frequenz ist und der Temperatur-Mittelwert T ₀–T proportional zu ⁿ (0 n < 1) ist. Mit Hilfe zweier asymptotischer Entwicklungen werden die Strömungs- und Temperaturfelder gewonnen. Für kleine Werte des Frequenzparameters wird eine gewöhnliche Entwicklung benutzt, für große die Methode angepaßter asymptotischer Entwicklungen. Es stellt sich heraus, daß die Oberflächenreibung und die Wärmeübergangsrate aus zwei Entwicklungen für ein bestimmtes zufriedenstellend aufeinander fallen. Für n=1 werden die Grundgleichungen zueinander ähnlich und werden nach der Finite-Differenzen-Methode gelöst. Die Ergebnisse nach den Reihenentwicklungen und der Finite-Differenzen-Methode stimmen gut überein.

     

Existence theorem for a minimum problem with free discontinuity set

We study the variational problem Where is an open set in ⁿ ,n2gL ^q () L (), 1q<+, O<, <+ andH _n–1 is the (n–1)-dimensional Hausdorff Measure.     

The deviation of heat transfer calculation for laminar free convection of gas due to ignoring the variable thermophysical properties

According to the similarity transformation method described in [1–3], the ordinary differential governing equations of laminar free convection of gases with Boussinesq's approximation are set up. The equations are corresponding to the caseT _w /T 1 and _{c p} 0 as discussed in [2, 3]. The deviations of the predicted local heat transfer coefficients and local Nusselt numbers due to ignoring the variable thermophysical properties are calculated out theT _w /T T for several gases, and the necessity of the treatment for considering variable thermophysical properties is pointed out.

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Die Abweichungen der Berechnungsergebnisse für die laminare freie Konvektionsströmung von Gasen infolge Vernachlässigung der Veränderlichkeit ihrer Stoffwerte

Zusammenfassung Entsprechend der in [1–3] beschriebenen Methode der Ähnlichkeitstransformation werden die gewöhnlichen Differential — Grundgleichungen der laminaren freien Konvektion von Gasen unter Verwendung der Boussinesq — Approximation aufgestellt. Diese Gleichungen entsprechen, wie in [2, 3] beschrieben, dem FallT _w /T 1 undn _{c p} 0. Die Abweichungen der berechneten örtlichen Nusselt-Zahlen infolge Vernachlässigung der Veränderlichkeit der thermophysikalischen Stoffwerte werden in Abhängigkeit vonT _w /T für mehrere Gase ermittelt, wobei sich herausstellt, daß die Veränderlichkeit der Stoffwerte bei der Berechnung zu berücksichtigen ist.

     

Filmsieden eines Zweistoffgemisches

Zusammenfassung Die Betrachtung von Siedevorgängen in Mehrstoffgemischen wird durch das Auftreten von Diffusionsströmen in der flüssigen Phase erschwert. Diese Diffusionsvorgänge müssen jedoch berücksichtigt werden, da sie im wesentlichen die Zusammensetzung des Gemisches an der Phasengrenze zwischen Dampf und Flüssigkeit bestimmen, und damit die Verdampfungstemperatur kontrollieren. Für den Fall des Filmsiedens eines Zweistoffgemisches werden die diesen Vorgang beschreibenden Gleichungen gelöst, und anhand eines Beispiels der Einfluß der Diffusionsvorgänge auf die Temperatur an der Phasengrenze gezeigt sowie Auswirkungen auf die Wärmeübertragung diskutiert.

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Binary, laminar film boiling

Film boiling of a binary, liquid mixture has been analyzed. The analysis is based on the conservation laws and other physical principles. It is shown that diffusion processes in the liquid phase control largely the interface temperature. This, in turn, determines the vapor concentration and influences the physical properties of the vapor, thus having a markedly impact on the heat transfer rates.

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Formelzeichen C_P Parameter definiert in Gl. 16 - C_g Parameter definiert in Gl. 14 - C_p Spezifische Wärme - D Diffusionszahl - f Dimensionslose Stromfunktion in der Dampfphase - F Dimensionslose Stromfunktion in der flüssigen Phase - g Erdbeschleunigung - h_fg Verdampfungswärme - k Wärmeleitfähigkeit - n_g; n_f Ähnlichkeitsvariable - m_g; m_f Massenstromdichten des Gemisches - m_1g; m_1f Massenstromdichten der Komponente 1 - Pr Prandtlzahl - q Wärmestromdichte - Sc Schmidtzahl - T Temperatur - T_s Temperatur an der Phasengrenze - T_w Wandtemperatur - T Temperatur der Flüssigkeit in weiterer Entfernung von der Wand - u; v Geschwindigkeiten - w₁; w₂ Massenanteil der Komponenten 1 und 2 in der flüssigen Phase - ¯w₁; ¯w₂ Massenanteil der Komponenten 1 und 2 in der Gasphase - x, y Koordinaten - Dampffilmdicke - Viskosität - Kinematische Viskosität - Dichte - _g Dichte des Dampfes - _w Dampfdichte an der Wand - Flüssigkeitsdichte in weiter Entfernung von der Wand - Temperaturfunktion - Konzentrationsfunktion - _g; _f Stromfunktionen Indizes w Wand - s Phasengrenze - In weiter Entfernung von der Wand - 1 Methanol - 2 Wasser Herrn Professor Dr.-Ing. H. Glaser, Stuttgart, zum 70. Geburtstag gewidmet.Diese Arbeit wurde durch das Rechenzentrum der Uni-versity of California, Santa Barbara unterstützt.     

A turbulence model for the heat transfer near stagnation point of a circular cylinder

A one-equation low-Reynolds number turbulence model has been applied successfully to the flow and heat transfer over a circular cylinder in turbulent cross flow. The turbulence length-scale was found to be equal 3.7y up to a distance 0.05 and then constant equal to 0.185 up to the edge of the boundary layer (wherey is the distance from the surface and is the boundary layer thickness).The model predictions for heat transfer coefficient, skin friction factor, velocity and kinetic energy profiles were in good agreement with the data. The model was applied for Re 250,000 and Tu0.07.Nomenclature µ,C _D Constants in the turbulence kinetic energy equation - C ₁,C ₂ Constants in the turbulence length-scale equation - Skin friction coefficient atx - D Cylinder diameter - F Dimensionless flow streamwise velocityu/u _e - k Turbulence kinetic energy =1/2 the sum of the squared three fluctuating velocities - K Dimensionless turbulence kinetic energyk/u _e ^/2 - I Dimensionless temperature (T–T _w )/(T –T _w ) - l Turbulence length-scale - l _e Turbulence length-scale at outer region - Nu _D Nusselt number - p Pressure - Pr Prandtl number - Pr _t Turbulent Prandtl number - Pr _k Constant in the turbulence kinetic energy equation - R Cylinder radius - Re _D Reynolds number u D/µ - Re _x Reynolds number u x/µ - R _K Reynolds number of turbulence - T Mean temperature - T Mean temperature at ambient - T _s Mean temperature at surface - Tu Cross flow turbulence intensity, - u Mean flow streamwise velocity - u Fluctuating streamwise velocity - u _e Mean flow velocity at far field distance - u Mean flow velocity at ambient - u* Friction velocity - v Mean velocity normal to surface - V Dimensionless mean velocity normal to surface - x,x ₁ Distance along the surface - y Distance normal to surface - Dimensionless pressure gradient parameter - Boundary layer thickness atu=0.9995u _e - Transformed coordinate iny direction - Fluid molecular viscosity - _t Turbulent viscosity - _eff + _t - µ Fluid molecular viscosity at ambient - Kinematic viscosity/ - Density - Density at ambient - _w Wall shear stress - _w,0 Wall shear stress at zero free stream turbulence