The mathematically linear analysis of strain in continua

Summary One-one correspondence is postulated for two coordinate continua. One continuum is regarded as the initially undeformed state of a currently deformed continuum. The two continua are orthogonal trasformations each to the other. The square root of the quadratic metric, when the appropriate self-conjugate stretch dyadic is expressed in its principal form, gives the mathematically linear form to the analysis. The self-conjugate dyadic is expressed as =grad grad P in terms of a scalar potential function P. The physical and mathematical continuity of the strain dyadic is ensured by curl =0.A 4-vector analysis is evolved from a 4-vector quinternion analysis. The 4-vector analysis is of the same form as the usual 3-vector analysis that evolved from Hamilton's quaternion analysis.

---

Sommario Si postula una corrispondenza biunivoca per due continui coordinati. Un continuo viene considerato come lo stato inizialmente non deformato di un continuo attualmente deformato.I due continui sono trasformazioni ortogonali uno dell'altro. La radice quadrata della metrica quadratica, quando la relativa diade di dilatazione autoconiugata venga espressa nella sua forma principale dà la forma matematicamente lineare alla analisi.La diade coniugata viene espresse come =grad grad P in termini di una funzione potenziale scalare P. La continuità fisica e matematica della diade di deformazione è assicurata da rot =0.Una analisi tetravettoriale viene sviluppata da analisi di quinternioni tetravettoriali. L'analisi tetravettoriale è della stessa forma dell'analisi trivettoriale che viene vsiluppata dalla analisi quaternionica trivettoriale di Hamilton.

---

A generalisation that, when particularised, applies to the finite or infinitesimal straining of elastic bodies, incremental straining of plastic or fluidic bodies in 3-dimensional continua and to the space-time continuum as a 4-dimensional continuum.     

Multiaxial elongation of polyisobutylene with various and changing strain rate ratios

The multiaxial elongational rheometer equipped with rotary clamps is modified such that in addition to simple, equibiaxial and multiaxial elongations also tests with new modes of elongation can be performed. As an example, polyisobutylene is elongated with a ratio of the principal strain rates of and magnitudes of the maximum strain rate , 0.04 and 0.08 s^–1. As a test result, the first elongational viscosityµ ₁ (t) is obtained which follows closely the linear viscoelastic shear viscosity . In contrast, the second elongational viscosityµ ₂ (t) remains below . By means of a further modification of the rheometer, the test modes can be varied during the deformation period. This allows one to investigate the influence of a well-defined rheological pre-history on the following rheological behaviour. As an example a variation ofm = 0.5 2 was performed. The measured normal-stress differences superpose from the single steps of deformation similar to the linear viscoelastic prediction.Dedicated to Prof. F. R. Schwarzl on the occasion of his 60th birthday     

Nichtkorrekte Aufgaben in der Rheometrie

Zusammenfassung Unter Verwendung des Begriffs der nichtkorrekt gestellten Aufgabe wird eine theoretische Begründung für die schlechte Berechenbarkeit von Funktionen gegeben, die aus meßfehlerbehafteten Daten über die Lösung der inversen Aufgabe berechnet werden. Die wichtigsten nichtkorrekten Aufgaben der Rheometrie werden angegeben sowie die Variante eines Regularisierungsverfahrens (Tichonovsche Regularisierung) vorgestellt, die numerisch stabile Lösungen nichtkorrekter Aufgaben zuläßt. Dabei wird festgestellt, daß die Güte der Lösung u.a. von der Form des stabilisierenden Funktionals und der Anzahl sowie der Art der Nebenbedingungen beeinflußt wird, es aber keine allgemeinen Regeln zur Formulierung der Restriktionen oder der Auswahl des Gütekriteriums gibt.

---

The most important ill-posed problems in rheometry are discussed. One version of a regularization method (Tichonov-regularization), which gives stable solutions of such problems, is described. It is shown that the quality of the solution depends on the form of the stabilizing functional and on the quantity and the type of constraints. There are, however, no general rules for formulating the restrictions or selecting the performance criteria. The method is demonstrated for the determination of the relaxation function of several rheological models.

---

, ^T, der zu adjungierte, transponierte bzw. inverse Operator - ₀ Anfangsviskosität - Deformationsgeschwindigkeit eines newtonschen Fluids - Deformationsgeschwindigkeit beim Anlaufversuch - Schubspannung - _w Schubspannung an der Wand (z. B. einer Kapillaren) - t, t, s Zeit     

Rheology of concentrated disperse systems III. General features of the proposed non-newtonian model. Comparison with experimental data

Summary A non-newtonian viscosity equation where is the volume concentration and is an intrinsic viscosity, function of a relative shear rate and being structural parameters, has been proposed in a previous paper (1). From empirical grounds, the valuep = 1/2 holds for a large class of systems, like suspensions of rodand disc-shaped particles. In the high shear rate limit, aCasson law-type is recovered and discussed, especially the concentration dependence of the yield stress. However, the latter disappears in the low shear limit, and must be considered as a pseudo-yield stress. Good agreement is found in this low shear limit with some theoretical results ofBueche for polymers. More generally, the viscosity equation displays pseudo-plastic behaviour and fitting it on experimental data allows the determination of the structural parameters. Some examples (especially Red Blood Cell suspensions and Blood) are studied and support the model. Nevertheless, for spherical particle suspensions, the best fitting is reached forp = 1. Accurate values of particle diameters can be deduced from the structural parameter , in this case.

---

Zusammenfassung In einer vorangegangenen Arbeit (1) wurde eine Viskositätsgleichung für eine nicht-newtonsche Flüssigkeit von der Form vorgeschlagen, worin die Volumenkonzentration und eine Grenzviskosität bedeutet; die letztere stellt eine Funktion der relativen Schergeschwindigkeit dar, die Konstantenk ₀,k und bezeichnen Strukturparameter. Empirisch wird gefunden, daß für eine große Klasse von Systemen, wie z. B. stäbchen- und scheibchenförmigen Teilchen,p = 1/2 gilt. In der Grenze hoher Schergeschwindigkeiten wird ein Verlauf gemäß einer Casson-Gleichung gefunden und diskutiert, insbesondere bezüglich der Konzentrationsabhängigkeit der Fließspannung. Allerdings verschwindet diese in der Grenze niedriger Schergeschwindigkeiten und muß daher als Pseudo-Fließspannung betrachtet werden. In diesem Grenzfall wird eine gute Übereinstimmung mit theoretischen Voraussagen vonBueche an Polymeren gefunden. Ganz allgemein beschreibt die obige Viskositätsgleichung ein pseudoplastisches Verhalten, und ihre Anpassung an experimentelle Werte erlaubt die Bestimmung der Strukturparameter. Einige Beispiele, insbesondere Suspensionen von roten Blutkörperchen und Blut, werden untersucht und bestätigen das Modell. Allerdings erhält man bei Suspensionen kugelförmiger Teilchen die beste Anpassung fürp = 1. In diesem Fall kann man mit Hilfe des Strukturparameters genaue Werte der Teilchendurchmesser bestimmen.

---

---

With 5 figures and 3 tables     

Theoretical mean wave resistance of precursor solition generation in two-layer flow

A new concept of pseudo mean wave resistance is introduced to find theoretical mean wave resistances of the precursor soliton generation in two-layer flow over a localized topography at near-resonance in this paper. The pseudo mean wave resistance of the precursor soliton generation of two-layer flow is determined in terms of the AfKdV equation. From the theoretical results it is shown that the theoretical mean wave resistance is equal to the pseudo mean wave resistance times 1/m ₁, wherem ₁ is the coefficient of the fKdV equation. From the regional distribution of the energy of the precursor soliton generation at the resonant points, it is shown that ratios of the theoretical mean wave resistance and regional mean energy to the total mean energy are invariant constants, i.e. : (−1/2):1:1, in which and are the mean energy of the generating regions of the precursor solitons, of the depression and of the trailing, wavetrain at the resonant points respectively, and <D> are the total energy of the system and the theoretical mean wave resistance at the resonant points. A prediction of the theoretical mean wave resistance flow over the semicircular topography is carried out in terms of the theoretical results of the present paper. The comparison shows that the theoretical mean wave resistance is in good agreement with the numerical calculation. The project supported by the Foundation of The State Education Commission “The Dynamics of Upper Ocean” and the Grants of The Physical Oceanography Laboratory of Ocean University of Qingdao     

Grundzüge einer Stabilitätstheorie für elastische Systeme unter nichtkonservativer Belastung

Zusammenfassung Um den Einfluß von nichtkonservativen Kräften zu erfassen, muß die Stabilitätstheorie nichtkonservativer elastischer Systeme auf dem Prinzip der virtuellen Verrückung aufgebaut werden, das von genügender Allgemeinheit ist. Als mathematische Methode steht nach Klärung von Konvergenzfragen das Galerkinsche Verfahren zur Verfügung, das dem ursprünglichen Problem der Stabilität elastischer Systeme das Problem der Stabilität der Bewegung eines mechanischen Systems von unendlich vielen Freiheitsgraden als gleichwertig zuordnet und die Algebraisierung des Stabilitätsproblems erlaubt. Damit wird die Ljapunowsche Theorie anwendbar. Als Wichtigstes ist die Berechtigung der Linearisierung zu untersuchen, wozu der Einfluß der Dämpfung festzustellen ist. Es ergibt sich, daß bei Berücksichtigung von Dämpfung die Stabilität stets asymptotisch ist, so daß die Linesarisierung gerechtfertigt wird. Darüber hinaus zeigt es sich, daß die Struktur der Matrizen und von entscheidender Bedeutung für die Zuständigkeit eines der in Frage kommenden Stabilitätskriterien ist: Ist symmetrisch und eine beliebige positive Diagonalmatrix bzw. schiefsymmetrisch, oder symmetrisierbar bzw. unsymmetrisch und noch gleichzeitig (die Dämpfungskoeffizienten alle gleich), so wirkt in diesen Fällen die Dämpfung günstig, und die Stabilitätskriterien des ungedämpften Vorganges, das statische bzw. das kinetische, bleiben daher hinreichend. Man darf dann auch ohne Dämpfung rechnen. Ist dagegen unsymmetrisch und eine positive Diagonalmatrix mit verschiedenen Elementen, so darf in solch einem Fall nicht ohne Dämpfung gerechnet werden, weil gegenüber dem ungedämpften Vorgang ein Sprung in den Stabilitätsbedingungen auftritt, durch welchen das Ergebnis der Rechnung ohne Dämpfung in Frage gestellt wird.     

Zur energetischen Optimierung von Schleppströmungspumpen mit durchgehend konstantem Arbeitsspalt für Medien mit nicht-newtonschem Fließverhalten

Zusammenfassung Die zum kontinuierlichen Austragen und Ausformen von strukturviskosen und anderen nicht-newtonschen Medien dienenden Schleppströmungspumpen lassen sich bei vorgegebenem Volumendurchsatz und Betriebsdruckp durch Anpassung des Arbeitsspaltesh und der Arbeitsdrehzahln energetisch optimal auslegen und betreiben. Die entsprechende Kennzahl ist der als Quotient aus Austriebs-Leistung p und AntriebsleistungP definierte Pumpwirkungsgrad . — Die optimalen (h, n, )-Werte werden unter der Voraussetzung berechnet, daß sich das Fließverhalten des geförderten Mediums durch einen Polynomansatz nachRabinowitsch beschreiben läßt. Dabei ergibt sich für die optimalen-Werte ein Bereich zwischen etwa 20% und 33%. Rheologische Ansätze mit einer auf eine mittlere Schergeschwindigkeit bezogenen konstanten scheinbaren Viskosität, welche in jedem Fall auf den für newtonsche Medien charakteristischen Idealwert=33% führen, sind hiernach für strukturviskose und andere nicht-newtonsche Medien unzulässig.

---

Summary Drag-flow pumps, as used for the continuous extrusion of non-Newtonian fluids, can be operated with minimum drive powerP at a given volume throughput and pressurep, if the radial dimensionh of the drag channel and working speedn are optimized. The key number of this optimization is the efficiency . — Appropriate (h, n, )-values are calculated on the basis of the rheological equation proposed byRabinowitsch. The optimum range of-values is found to be between 20% and 33%, whilst former calculations with an average apparent viscosity resulted in _opt = 33% generally. Obviously, here is one of the causes of discrepancy between theoretical and actual efficiencies of such pumps.

---

Symbole a Stoffkennzahl, Gl. [3] - b Breite des Schleppspalts, Abb. 2 - c Stoffkennzahl, Gl. [3] - C ₁ Integrationskonstante, Gl. [5] - C ₂ Integrationskonstante, Gl. [8] - d Durchmesser des rotierenden Elements, Abb. 1 - e spezifische Antriebsleistung, Gl. [18] - h Höhe (Radialmaß) des Schleppspalts, Abb. 1 - k Anzahl der Schleppspalte - m Fließexponent im Potenzansatz - Massedurchsatz - M _d Drehmoment - n Umdrehungsgeschwindigkeit, Arbeitsdrehzahl des rotierenden Elements, Abb. 1 - p Betriebsdruck - p Druckgradient, Gl. [6] - P aufgenommene Antriebsleistung - r radiale Koordinate - r _i=d/2 – h Innenradius des rotierenden Elements - r _a=d/2 Außenradius des rotierenden Elements - s zirkulare Länge des Schleppspalts - t (mittlere) Verweilzeit des Mediums im Schleppspalt - T Temperatur - v lokale zirkulare Geschwindigkeit - v ₀ Umfangsgeschwindigkeit des rotierenden Elements, Abb. 1 - V Volumen des Schleppspalts - Volumendurchsatz der Schleppströmungspumpe - Volumendurchsatz der Druck(gradienten)strömung - Volumendurchsatz der Schleppströmung - dimensionslose Kennzahl, Gl. [22] - Schergeschwindigkeit, Gl. [2] - dimensionsloser Pumpwirkungsgrad, Gl. [1] - µ Scherviskosität - Dichte - Schubspannung, Gl. [2] - zirkulare Koordinate - Fluidität im Potenzansatz - Winkelgeschwindigkeit Erweiterte Fassung eines Vortrages anläßlich des 5. Stuttgarter Kunststoff-Kolloquiums vom 2. März 1977.Mit 14 Abbildungen     

Dehnungsverhalten von Polyäthylen-Schmelzen

Zusammenfassung In einem Dehnungsrheometer werden Spannungs-Dehnungs-Diagramme von Polyäthylen-Schmelzen bei 150 °C und bei konstanter Dehnungsgeschwindigkeit gemessen ( zwischen 0,001 und 1 sec^–1). Weiterhin wird der reversible (elastische) Dehnungsanteil bestimmt. Messungen mit einem Dehnungstester für Kunststoff-Schmelzen ergänzen die Ausführungen.Die Ergebnisse zeigen deutlich, daß bei Dehnung mit zunehmender Verformungsgeschwindigkeit die Dehnungsviskosität nicht abnimmt, im Gegensatz zu dem bekannten strukturviskosen Verhalten bei Scherung.Bei Dehnungen bis zu=1 kann das Verhalten unabhängig von beschrieben werden, wenn als viskoelastische Materialfunktion die Dehnungs-Spannviskosität betrachtet wird. In diesem Bereich von gilt dabei die BeziehungT(t)=3 _s (t) mit _s (t) als zeitabhängige Scherviskosität im linear-viskoelastischen Bereich.Bei größeren Dehnungen und nicht zu kleinen Dehnungsgeschwindigkeiten zeigt verzweigtes Polyäthylen eine zusätzliche starke Spannungszunahme. In dem Bereich dieser zusätzlichen Verfestigung ist das Verhalten im wesentlichen eine Funktion der Dehnung und fast unabhängig von . Die zusätzliche Verfestigung scheint eine Folge der Verzweigungsstruktur des verzweigten Polyäthylens zu sein, da bei Linear-PE ein derartiger Verlauf des Spannungs-Dehnungs-Diagramms nicht beobachtet wird.Die Betrachtung des reversiblen Dehnungsanteils _R zeigt bei der ausführlich untersuchten Schmelze I (verzweigtes PE) drei verschiedene Bereiche: Unterhalb einer Grenzdehnungsgeschwindigkeit ist _R =0, unterhalb einer Versuchszeitt ^** ist _R =. Im dazwischenliegenden Bereich treten elastische und viskose Dehnungsanteile auf,= _R + _V , wobei für niedrige gilt, daß _R lg . Die Grenze wird der Frequenz der thermisch aktivierten Platzwechsel zugeordnet,t ^** erscheint als Zeit, innerhalb der die Verhakungen wie fixierte Vernetzungen wirken.In dem Anhang wird der Einfluß der Grenzflächenspannung zwischen PE-Schmelze und Silikonöl auf die Ergebnisse der Dehnungsversuche diskutiert.

---

Summary Stress-strain relations for different PE melts are measured at 150 °C in an extensional rheometer under the condition of a constant extensional strain rate ( between 0,001 and 1 sec^–1). Further, the recoverable (elastic) portion _R of the total strain ( in Hencky's measure) is determined and additional measurements with a tensile tester for polymer melts are described.The results show clearly that in extension there is no decrease of the tensile viscosity with increasing deformation rate, in contrast to the well-known pseudoplastic behaviour in shear. Within total strains<1 the tensile behaviour can be described independently from by means of a viscoelastic material function called stressing viscosity . In this range of the relation _T (t)=3 _s (t) holds, where _s (t) is the stressing viscosity in shear in the linear viscoelastic range. For larger tensile strains and not too small branched PB shows a remarkable increase in stress. This work-hardening behaviour is mainly a function of and almost independent from . This additional hardening seems to be due to the branches in branched PE, because linear PE does not show this effect.The discussion of the recoverable tensile strain _R gives three regions of tensile rate: Below a critical there is _R =0. At times shorter thant ^** the equation _R = is valid. Within these limits both elastic and viscous portions of the total strain= _R + _V exist. may correlate with the frequency of the thermally activated position changes of the molecular segments.t ^** is assumed to be the time for the entanglements to act as fixed cross-links.In the appendix the influence of the interface tension between PE melt and silicone oil on the results of the tensile experiments is discussed.

---

---

Vorgetragen auf der Deutschen Rheologen-Tagung, Berlin, 11.-13. Mai 1970.

---

An der Weiterentwicklung des Dehnungsrheometers, an der Durchführung und Auswertung der Messungen waren die HerrenB. Kienle, F. Landmesser, M, Reuther undF. Scherr beteiligt. Herr Dr.F.Ramsteiner und HerrH. Schroeck haben sich um die Herstellung der Stränge aus Linear-PE bemüht. Herr Dr.W. Ball besorgte die GPC-Messungen und Herr Dr.P. Simak die Ultrarot-Untersuchung. Den vorgenannten Herren sei für ihre Hilfe beim Zustandekommen dieser Arbeit gedankt. Herrn Dr.H. Baur danke ich für wertvolle Diskussionen.     

Effects of couple-stresses on the dispersion of a soluble matter in a pipe flow of blood

Summary An analysis of the effects of couple-stresses on the effective Taylor diffusion coefficient has been carried out with the help of two non-dimensional parameters based on the concentration of suspensions and , a constant associated with the couple-stresses. It is observed that the concentration distribution increases with increasing or The effective Taylor diffusion coefficient falls rapidly with increasing when is negative.

---

Zusammenfassung Der Einfluß der Momentenspannungen auf den effektiven Taylorschen Diffusionskoeffizienten wird untersucht. Dabei treten zwei dimensionslose Parameter and auf: Der erste bezieht sich auf die Suspensionskonzentration, der zweite kennzeichnet die Momentenspannungen. Man findet, daß die Verteilungsgeschwindigkeit mit wachsendem oder zunimmt. Dagegen fällt der Taylorsche Diffusionskoeffizient bei wachsendem stark ab, wenn negativ ist.

---

a Tube radius - C Concentration - C _i Body moment vector - C ₀ Concentration at the axis of the tube - C _m Mean concentration - D Molecular diffusion coefficient - d _ij Symmetric part of velocity gradient - F Function of and characterising effective Taylor diffusion coefficient - f _i Body force vector - H A function of and - K ₂ Integration constant - K ^* Effective Taylor diffusion coefficient - k Radius of gyration of a unit cuboid with its sides normal to the spatial axes - I _n Modified Bessel's function ofnth order - L Length of the tube over which the concentration is spread - M Function ofH and - M _ij Couple stress tensor - P Function of - p Fluid pressure - Q Volume rate of the transport of the solute across a section of the tube - r Radial distance from the axis of the tube - T _ij Stress tensor - t Time coordinate - T _ij ^A Antisymmetric part of the stress tensor - u Relative fluid velocity - Average velocity - v _i Velocity vector - Fluid velocity at any point of the tube - v ₀ ⁿ Velocity of Newtonian fluid at the axis of the tube - _i Vorticity vector - x Axial coordinate - x ₁ Relative axial coordinate - z Non-Dimensional radial coordinate - Density - _ij Symmetric part of the stress tensor - µ Viscosity of the fluid - µ _ij Deviatoric part ofM _ij - , Constants associated with couple-stress With 3 figures     

Wärmeübertragung in einem axial rotierenden,durchströmten Rohr im Bereich des thermischen Einlaufs

Zusammenfassung Der Einfluß der Rotation auf das Temperaturprofil und die Wärmeübergangszahl einer turbulenten Rohrströmung im Bereich des thermischen Einlaufs wird theoretisch untersucht und mit Meßwerten verglichen. Es wird angenommen, daß das Geschwindigkeitsprofil voll ausgebildet ist. Die Rotation hat aufgrund der radial ansteigenden Zentrifugalkräfte einen ausgeprägten Einfluß auf die Unterdrückung der turbulenten Bewegung. Dadurch verschlechtert sich die Wärmeübertragung mit steigender Rotations-Reynoldszahl und die thermische Einlauflänge nimmt beträchtlich zu.

---

Heat transfer in an axially rotating pipe in the thermal entrance region. Part 1: Effect of rotation on turbulent pipe flow

The effects of rotation on the temperature distribution and the heat transfer to a fluid flowing inside a tube are examined by analysis in the thermal entrance region. The theoretical results are compared with experimental findings. The flow is assumed to have a fully developed velocity profile. Rotation was found to have a very marked influence on the suppression of the turbulent motion because of radially growing centrifugal forces. Therefore, a remarkable decrease in heat transfer with increasing rotational Reynolds number can be observed. The thermal entrance length increases remarkably with growing rotational Reynolds number.

---

Formelzeichen a Temperaturleitzahl - C _n , ,C ₁,C ₃ Konstanten - c _p spezifische Wärme bei konstantem Druck - D Rohrdurchmesser - E Funktion nach Gl. (30) - H _n Eigenfunktionen - l hydrodynamischer Mischungsweg - l _q thermischer Mischungsweg - Massenstrom - N=Re /Re Reynoldszahlenverhältnis - Nu Nusseltzahl - Nu Nusseltzahl für die thermisch voll ausgebildete Strömung - Pr Prandtlzahl - Pr _t turbulente Prandtlzahl - Wärmestromdichte - Re _* Schubspannungsreynoldszahl - R _n Eigenfunktionen - Durchfluß-Reynoldszahl - Re v =D/ Rotations-Reynoldszahl - Ri Richardsonzahl - R Rohrradius - r Koordinate in radialer Richtung - dimensionslose Koordinate in radialer Richtung - T Temperatur - T Temperaturschwankung - T _b bulk temperature - mittlere Axialgeschwindigkeit - v Geschwindigkeit - v Geschwindigkeitsschwankung - turbulenter Wärmestrom - dimensionsloser Wandabstand - =1/6 Konstante - Integrationsvariable - Integrationsvariable - , ₁, ₂, dimensionslose Temperaturen - Wärmeleitzahl - _n Eigenwerte - kinematische Viskosität - Dichte - tangentiale Koordinate - , Hilfsfunktionen Indizes m in der Rohrmitte - r radial - w an der Rohrwand - z axial - 0 am Rohreintritt - 0 ohne Rotation - tangential     

Dependence of the yield stresses of certain materials on loading rate

The dependence of the dynamic yield stresses of certain metals and alloys on loading rate has been investigated at temperatures of +20 and –196°C. In the experiments the loading rate remained constant up to the appearance of plastic strains, i.e., , where . The yield stresses of the materials and the time to the appearance of plastic strains were determined from the oscillograms representing the strain and load as functions of time.     

Das Dispersionsmodell

Zusammenfassung Ein Vergleich im Frequenzbereich zeigt, daß bei der Berechnung der Verweilzeitverteilung mit dem Dispersionsmodell das endlich begrenzte System für Péclet-Zahlen Pe > 10 mit guter Näherung durch ein einseitig unbegrenztes System und für Pe > 50 durch ein beidseitig unbegrenztes System ersetzt werden kann.

---

The dispersion model. A comparison of approximations

A comparison in the frequency domain shows that for the determination of the residence time distribution with the dispersion model the finitely restricted system may be substituted with good approximation for Peclet numbers Pe > 10 by a one-side unrestricted system and for Pe > 50 by a both-side unrestricted system.

---

Bezeichnungen A Rohrquerschnitt - A=A mittlerer Strömungsquerschnitt in der Schüttschicht - Konzentration (Partialdichte) der Bezugskomponente i - Bezugskonzentration nach Gl. (5) - c_i Konzentration (Dichte) der reinen Bezugskomponente i - D axialer Dispersionskoeffizient - E Fehler im Frequenzbereich nach Gl. (36) - G(,) Übertragungsfunktion - G(,i) Frequenzgang - L Länge der Schüttschicht - m Masse - Massenstrom - Péclet-Zahl - s Laplace-Variable - t Zeit - t Impulsbreite - v Strömungsgeschwindigkeit im leeren Rohr - mittlere axiale Strömungsgeschwin digkeit in der Schüttschicht - V=AL Zwischenraumvolumen der Schüttschicht - x Ortskoordinate - (t) Dirac-Stoss - Porosität - dimensionslose Zeit - dimensionslose Konzentration - Laplace-Transformierte der Konzentration - Fourier-Transformierte der Konzentration - dimensionslose Ortskoordinate - =s dimensionslose Laplace-Variable - mittlere Verweilzeit - Kreisfrequenz - = dimensionslose Kreisfrequenz Indices A Ausgang - D Dispersion - E Eingang - i Bezugskomponente - K Konvektion Mitteilung Nr. 44 des Institutes für Mess-und Regel-technik der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (Vorsteher: Prof. Dr. P. Profos)     

Eine stationäre Meßmethode zur Bestimmung der Relaxationszeit viskoelastischer Fluide bei räumlicher Beanspruchung

Zusammenfassung Es wird gezeigt, daß bei Kenntnis der Fließkurve viskoelastischer Flüssigkeiten allein aus der Drehmomentkennlinie des stationär betriebenen Kugel-Kugel-Rheometers eine Relaxationszeit der räumlichen Beanspruchung bestimmt werden kann. Ausgehend von derColeman-Nollschen Entwicklungsschreibweise der rheologischen Zustandsfunktion wird das Geschwindigkeitsfeld als Potenzreihe der Kreisfrequenz bis zur 3. Ordnung bestimmt und zur Drehmomentbeziehung integriert.Messungen an einigen Versuchssubstanzen bestätigen die Tauglichkeit der entwickelten Methode.Häufig verwendete Formelzeichen –a N/m² isotroper Druckanteil - m/s Geschwindigkeitsvektor - e ₁₄ Integrationskonstanten - f _i() Geometriefunktionen - m vektorielle Feldfunktion - ms vektorielle Feldfunktion - ms² vektorielle Feldfunktion - k _i() Geometriefunktionen - t ₀ s Relaxationszeit der räumlichen Beanspruchung - m/s Geschwindigkeitsvektor erster Ordnung - m/s Geschwindigkeitsvektor zweiter Ordnung - m/s Geschwindigkeitsvektor dritter Ordnung - D 1/s Deformationsgeschwindigkeitstensor - 1/s², 1/s³ korotationale, zeitliche Ableitung vonD - 1 Einheitstensor - M Nm Antriebsmoment der rotierenden Kugel - M _i Nm Teilmomente - R m Kugelradius - R _G m Hohlkugelradius - S N/m² Spannungstensor - W 1/s Rotationsgeschwindigkeitstensor - ₁ N s/m² Stoffparameter 1. Ordnung - ₂, ₃ N s²/m² Stoffparameter 2. Ordnung - ₄, ₅, ₆ N s³/m² Stoffparameter 3. Ordnung - RadienverhältnisR/R _G - ₀ N s/m² Anfangsviskosität - kg/m³ Dichte der Flüssigkeit - 1/s Kreisfrequenz der rotierenden Kugel Vorgetragen auf dem 6. Internationalen Rheologie-Kongreß in Lyon-Frankreich vom 4.–8. September 1972.Jetzt: BASF-AG, LudwigshafenMit 4 Abbildungen     

Nonlinear rheology of a concentrated spherical silica suspension:

Time-dependent nonlinear flow behavior was investigated for a model hard-sphere suspension, a 50 wt% suspension of spherical silica particles (radius = 40 nm; effective volume fraction = 0.53) in a 2.27/1 (wt/wt) ethylene glycol/glycerol mixture. The suspension had two stress components, the Brownian stress ^B and the hydrodynamic stress ^H After start-up of flow at various shear rates , the viscosity growth function ₊ (t, ) was measured with time t until it reached the steady state. The viscosity decay function _– (t, ) was measured after cessation of flow from the steady as well as transient states. At low where the steady state viscosity ( ) exhibited the shear-thinning, the _– (t, ) and ⁺ (t, ) data were quantitatively described with a BKZ constitutive equation utilizing data for nonlinear relaxation moduli G (t, ). This result enabled us to attribute the thinning behavior to the decrease of the Brownian contribution ^B = ^B / (considered in the BKZ equation through damping of G (t, )). On the other hand, at high where ( ) exhibited the thickening, the BKZ prediction largely deviated from the ₊ (t, ) and ₊ (t, ) data, the latter obtained after cessation of steady flow. This result suggested that the thickening was due to an enhancement of the hydrodynamic contribution ^H = ^H / (not considered in the BKZ equation). However, when the flow was stopped at the transient state and only a small strain (<0.2) was applied, ^H was hardly enhanced and the _– (t, ) data agreed with the BKZ prediction. Correspondingly, the onset of thickening of ₊ (t, ) was characterized with a -insensitive strain ( 0.2). On the basis of these results, the enhancement of ^H (thickening mechanism) was related to dynamic clustering of the particles that took place only when the strain applied through the fast flow was larger than a characteristic strain necessary for close approach/collision of the particles.     

Model analysis of nonlinear viscoelastic behaviour by use of a single integral constitutive equation: Stresses and birefringence of a polystyrene melt in intermittent shear flows

Summary A single integral constitutive equation with strain dependent and factorized memory function is applied to describe the time dependence of the shear stress, the primary normal-stress difference, and, by using the stress-optical law, also the extinction angle and flow birefringence of a polystyrene melt in intermittent shear flows. The theoretical predictions are compared with measurements. The nonlinearity of the viscoelastic behaviour which is represented by the so called damping function, is approximated by a single exponential function with one parametern. The damping constantn as well as a discrete relaxation time spectrum of the melt can be determined from the frequency dependence of the loss and storage moduli.

---

Zusammenfassung Eine Zustandsgleichung vom Integraltyp mit einer deformationsabhängigen und faktorisierten Gedächtnisfunktion wird zur Beschreibung der Zeitabhängigkeit der Schubspannung, der ersten Normalspannungsdifferenz und, unter Verwendung des spannungsoptischen Gesetzes, auch des Auslöschungswinkels und der Strömungsdoppelbrechung einer Polystyrol-Schmelze bei Scherströmungen herangezogen. Die theoretischen Voraussagen werden mit Messungen verglichen. Die Nichtlinearität des viskoelastischen Verhaltens, repräsentiert durch die sogenannte Dämpfungsfunktion, wird durch eine einfache Exponentialfunktion mit nur einem Parametern angenähert. Die Dämpfungskonstanten kann, wie auch ein diskretes Relaxationszeitspektrum der Schmelze, aus der Frequenzabhängigkeit der Speicher- und Verlustmoduln bestimmt werden.

---

a _i weight factor of thei-th relaxation time - a _T shift factor - C stress-optical coefficient - n flow birefringence in the shear flow plane - shear relaxation modulus - G() shear storage modulus - () shear loss modulus - H() relaxation time spectrum - h( _t,t ² ) damping function - M _w weight-average molecular weight - M _n number-average molecular weight - n damping constant - p ₁₂ shear stress - p ₁₁ –p ₂₂ primary normal stress difference - t current time - t past time - extinction angle - ( — _i) delta function - time and shear rate dependent viscosity - | ^*| absolute value of the complex viscosity - shear rate - _t,t relative shear strain between the statest andt - memory function - angular frequency - relaxation time - _i i-th relaxation time of the line spectrum - time and shear rate dependent primary normal stress coefficient - s steady-state value - t time dependence - ° linear viscoelastic behaviour With 6 figures and 1 table     

Deformationsbeständige,elastische und Relaxations-Eigenschaften der flüssigplastischen kolloiden Systeme

Zusammenfassung Es wurde gezeigt, daß es zweckmäßig ist, die strukturierten kolloiden Systeme in fest-plastische und flüssig-plastische Systeme einzuteilen, weil beide Systeme einen übereinstimmenden Eigenschaftskomplex aufweisen, sich jedoch quantitativ durch die RelaxationszeitenP >P _k im Schubspannungsbereich unterhalb der unteren FließgrenzeP < P _k unterscheiden. Es wurde darauf hingewiesen, daß für beide Systeme die Spannungsdeformationskurven sehr charakteristisch sind.Die Kurven werden unter der Bedingung der konstanten Deformationsgeschwindigkeit erhalten, wobei ihre Form von der gegenseitigen Beziehung von und abhängt und mit den Strukturelementetypen, die durch und _i charakterisiert sind, im Zusammenhang stehen.Die Methoden,die zur Messung der elastischen Deformation im breiten Bereich längs der KurveP () bei sowohl kleiner als auch größer _r entsprechend der kritischen SchubspannungP _r angewandt werden können, wurden entwickelt. Dabei wurde gezeigt, daß die Kurveine() durch das Maximum bei _m hindurchgeht.Der Einfluß von auf die kritische Deformation _r der Strukturzerstörung und auf die maximale Rückfederung _e max, die ihrerseits wiederum von der Gelkonzentration abhängen, wurde eingehend untersucht.Es wurden die Zahlenwerte der Grenzviskosität der Nachwirkung bestimmt und die Abhängigkeit der Geschwindigkeit (der Zeit) der Relaxation der elastischen Deformation von der gesamten und der elastischen Deformation ermittelt.Weiter wurde gezeigt, daß die größte elastische Deformation _e max des Systems größer als die kritische Deformation _r der Strukturzerstörung, die dem Maximum der kritischen Schubspannung der Struktur entspricht, sein kann.     

Dynamic properties of some polymer solutions subjected to a steady shear superimposed on an oscillatory shear flow

Summary Results of measurements of dynamic moduli in parallel superposition of a steady and oscillatory shear flow were compared with different theories.Most of the rheological models which are based on the assumption that the material properties (spectrum of relaxation times) are unaffected by the presence of the steady rates of shear give results incompatible with our experimental results described earlier. From these models the best fit is given by the WJFLMB-model.A much better fit is given by theories based on the assumption that the relaxation spectrum is cut-off at a critical value of the relaxation time depending on the prescribed steady rate of shear. Under certain conditions these theories explain qualitatively the linear relations between the frequency ₀, at whichG (, ) = 0 and the steady rate of shear , as we found experimentally for several polymer solutions.

---

Zusammenfassung Die Ergebnisse von Messungen der dynamischen Moduln bei Superposition einer stationären und einer oszillierenden Scherströmungsk omponente werden mit verschiedenen Theorien verglichen.Die meisten rheologischen Modelle sind auf die Annahme gegründet, daß die Stoffeigenschaften (das Relaxationsspektrum) durch das Vorliegen einer stationären Scherströmung nicht verändert werden. Solche Theorien liefern Ergebnisse, die mit unseren früher beschriebenen Ergebnissen unvereinbar sind. Die beste Übereinstimmung liefert noch das WJFLMB-Modell.Eine wesentlich genauere Anpassung ermöglichen diejenigen Theorien, die auf der Annahme gründen, daß das Relaxationsspektrum bei einem kritischen Wert der Relaxationszeit abgeschnitten wird und daß dieser Wert von der überlagerten stationären Scherströmung abhängt. Unter gewissen Bedingungen erklären diese Theorien zumindest qualitativ die lineare Beziehung zwischen der Frequenz ₀, bei welcherG (, ) = 0 wird, und der zugeordneten Schergeschwindigkeit , wie wir sie bei verschiedenen Experimenten gefunden haben.

---

---

With 4 figures     

A study of the shear viscosity of human whole saliva

Summary A model R-18 Weissenberg Rheogoniometer operating in the continuous shear mode was used to generate shear viscosity vs. shear rate data on male and female human whole saliva. These data were found to accurately follow the Sisko model, , whereµ is the shear viscosity at shear rate is the asymptotic shear viscosity at infinite shear rate, andK andn are constants. Data were collected on the effects of food, coffee, caffeine, and aspirin as functions of time. Studies were also made on the effects of emotional stress, donor sex and age.The saliva viscosity increased with time and then decreased to the basal value for most ingested materials. Emotional stress was found to elevate the saliva viscosity. On the other hand, no significant difference was found between the average saliva viscosities of male and female groups. Also, no significant effect of donor age was detected.

---

Zusammenfassung Mit Hilfe eines Weissenberg-Rheogoniometers (Typ R-18) wurden bei stationärem Betrieb Scherviskositätskurven in Abhängigkeit von der Schergeschwindigkeit für den Speichel von Männern und Frauen gemessen. Man fand, daß sich die Meßwerte hinreichend genau durch ein Sisko-Modell, , beschreiben lassen, woµ die Scherviskosität bei der Schergeschwindigkeit die asymptotische Scherviskosität bei unendlich großer Schergeschwindigkeit sowieK undn weitere Konstanten bedeuten. Diese Messungen verfolgten die Wirkung von Nahrung, Kaffee, Coffein und Aspirin als Funktion der Zeit. Untersucht wurde weiterhin der Einfluß von emotionaler Spannung, sowie Geschlecht und Alter der Spender.Die Speichelviskosität stieg bei den meisten eingenommenen Stoffen mit der Zeit zuerst an, um danach wieder auf den Normalwert abzusinken. Ebenso fand man, daß emotionale Spannung eine Viskositätserhöhung hervorruft. Dagegen wurden bei Gruppen von Männern und Frauen keine signifikanten Unterschiede gefunden, und ebenso wurde kein gesicherter Einfluß des Alters festgestellt.

---

---

With 4 figures and 6 tables     

Molecular weight distribution from rheological measurements

Summary A simple and reliable relative method to derive the molecular weight distribution of linear polymers is proposed.It is shown that both the zero-shear viscosity, ₀, and the intrinsic viscosity, [], have a logarithmic dependence on the weight average molecular weight, , and the polydispersity, . The coefficients of these relationships can be determined by applying a multiple regression analysis to a series of samples for which andQ are known.By making use of the two established relationships, the determination of andQ for a given polymer sample reduces to the experimental measurement of its ₀ and [].An analysis has been performed to estimate to what extent experimental errors on ₀ and [] affect the calculated molecular weight distribution.It has been found that only the experimental error on [] contributes heavily to the final error on the polydispersity.

---

Zusammenfassung Es wird eine einfache und zuverlässige Relativmethode vorgeschlagen, um die Uneinheitlichkeit linearer Polymere abzuleiten.Es wird gezeigt, daß alle beide, Nullschergradient-viskosität ₀, und Grenzviskositätszahl [], einfach logarithmisch vom Gewichtsmittel des Molekulargewichts , und vom Polymolekularitätsindex , abhängig sind.Die Koeffizienten dieser Beziehungen können mit statistischer Analyse festgesetzt werden, wenn undQ einer Probenreihe bekannt sind.Mit den zwei vorher festgesetzten Beziehungen besteht die Bestimmung von undQ einer gegebenen Polymersprobe nur aus den experimentellen Massen seiner ₀- und []-Werte.Eine Analyse wurde ausgeführt, um die Bedeutung des experimentellen Irrtums über die berechnete Uneinheitlichkeit zu wissen.Es wurde gefunden, daß ein experimenteller Irrtum betreffs [] schwer an endlichem Irrtum der Uneinheitlichkeit teilnimmt.

---

---

With 2 figures and 2 tables     

Einflüsse veränderlicher Viskosität und der Oberflächenwärmekapazität auf instationäre natürliche Konvektionsströmungen

Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit berichtet über die instationäre natürliche Konvektionsströmung in Flüssigkeiten mit der temperaturabhängigen Viskosität nahe einer vertikalen Oberfläche mit verschwindender oder endlicher Wärmekapazität.Die instationäre Konvektionsströmung entsteht infolge der plötzlichen gleichmäßigen Beheizung einer vertikalen Platte.Zur numerischen Lösung der hergeleiteten Differentialgleichungen wird die Methode der finiten Differenzen eingesetzt. Die gewonnenen Ergebnisse wurden graphisch dargestellt, sowie mit den von anderen Autoren sowohl theoretisch als auch experimentell erhaltenen Ergebnissen, verglichen. Es wurde dabei eine gute Übereinstimmung festgestellt. Der Beitrag soll als eine Erweiterung des Aufsatzes [4] gehalten werden, der von Carey veröffentlicht wurde.

---

Variable viscosity and surface thermal capacity effects in transient natural convection flows

This work is concerned with transient natural convection flow in liquids with temperature-dependent viscosity near surfaces with zero and finite thermal capacity.The transient natural convection flow is resulting from the sudden generation of a uniform heat flux inside a vertical plate.The derived equations are solved numerically by means of finite-difference scheme. The results are presented in form of graphs and compared with the computations and experimental data other authors. A very good agreement is stated. The present work is intended to be an extension of the paper recently published by Carey [4].

---

Formelzeichen Temperaturleitfähigkeit der Flüssigkeit - B Konstante in Gl. (8) - c bezogene Oberflächenwärmekapazität - c _p spezifische Wärmekapazität der Flüssigkeit - g Erdbeschleunigung - örtliche Grashof-Zahl - k Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit - örtliche Nusselt-Zahl - Prandtl-Zahl - q Wärmestromdichte - dimensionslose Oberflächenwärmekapazität in Gl.(19) - t örtliche Temperatur - T dimensionslose Temperatur gemäß Gl. (9) - u Geschwindigkeitskomponente inx-Richtung - U dimensionslose Geschwindigkeit - v Geschwindigkeitskomponente iny-Richtung - V dimensionslose Geschwindigkeit - x vertikale Ortskoordinate - X dimensionslose Koordinate - y waagerechte Ortskoordinate - Y dimensionslose Koordinate - Ausdehnungskoeffizient - v kinematische Viskosität - dynamische Viskosität - Massendichte der Flüssigkeit - Zeit - dimensionslose Zeit Indizes w an der Wand - außerhalb der Grenzschicht