The behavior of a spherical bubble near a solid wall in a compressible liquid

Summary The behavior of a spherical bubble near a solid wall is analysed by considering the liquid compressibility. The equation of motion of the bubble with first order correction for the effects of liquid compressibility and solid wall is derived. The equation obtained here coincides with the known result in case of L or C . Further experimental study is made on the motion of bubbles produced by a spark discharge in water. The theoretical results are in good agreement with the experiments.

---

Das Verhalten einer kugelförmigen Blase in einer kompressiblen Flüssigkeit in der Nähe einer festen Wand

Übersicht Bei Berücksichtigung der Flüssigkeitskompressibilität wird das Verhalten einer kugelförmigen Blase in der Nähe einer festen Wand analysiert. Die Gleichung der Bewegung der Blase wird mit der Korrektur erster Ordnung für den Einfluß der Flüssigkeitskompressibilität und der festen Wand angegeben. Aus der erhaltenen Gleichung wird für L oder C das bekannte Ergebnis hergeleitet. Darüber hinaus wird eine experimentelle Untersuchung der Blasenbewegung durchgeführt. Die Blase wird mit Hilfe von Funkendurchschlägen zwischen Elektroden in Wasser erzeugt. Die theoretischen Ergebnisse stimmen gut mit den Experimenten überein.

     

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

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

---

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

Mit 7 Abbildungen und 6 Tabellen     

Über eine Anwendung der Hillschen Minimalbedingung in der Plastizitätstheorie

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

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

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

Rayleigh-Benard Konvektion in Wasser im Bereich der Dichteanomalie

Zusammenfassung Der Einfluß der Dichteanomalie auf den Wärmetransport in einer von unten mit 0°C gekühlten horizontalen Wasserschicht wurde experimentell untersucht. Nach dem Einsetzen der Konvektion sind zwei Bereiche vorhanden, eine Konvektionsschicht zwischen der Kühlplatte und der 4°C-Isothermen und eine darüberliegende Schicht, in der reine Wärmeleitung herrscht. Die Temperatur der Bereichsgrenze zwischen Konvektions- und Wärmeleitungsschicht steigt mit der Zeit asymptotisch bis auf 8°C an. Die relative Höhe der Konvektionsschicht, die ebenfalls mit der Zeit ansteigt, nähert sich einem konstanten Wert für den Fall, daß die Temperatur der Wasseroberseite konstant gehalten wird. Mit der Höhe der Konvektionsschicht als der charakteristischen Länge lassen sich die Meßwerte sehr gut durch die empirische Beziehung Nu _h =0,073 Ra _h ^0.3 wiedergeben. Der Exponent in dieser Beziehung ist identisch mit dem für normale Fluide, die resultierende Nußelt-Zahl ist dagegen um etwa 22% kleiner.

---

Rayleigh-benard convection in water with maximum density effects

Maximum density effects on the heat transfer through a horizontal water layer cooled from below with 0°C have been experimentally studied. After onset of convection two different regions are observed, a convection layer between the lower cold wall and the 4°C isotherm and a superimposed conduction layer. The temperature of the interface between the convection and conduction layer increases with time and approaches asymptotically 8°C. The relative height of the convection layer which increases with time also approaches a constant value for the case that the temperature of the upper boundary is kept constant. Using the height of the convection layer as the characteristic length scale the measured data follow very closely the empirical relation Nu_h=0.073 Ra _h ^0.3 . The exponent in this relation is identical with that for fluids without maximum density but the Nusselt-number is about 22% lower.

---

Bezeichnungen a Temperaturleitfähigkeit - b=c Wärmeeindringkoeffizient - c spezifische Wärmekapazität - H Gesamthöhe der Wasserschicht - h Höhe der Konvektionsschicht - N Zahl der Konvektionszellen pro m² - Nu _h =h/ Nußelt-Zahl, aufh bezogen - Nu _H =H Nußelt-Zahl, aufH bezogen - q Wärmestromdichte - Ra=gh/av( ₂–₁) Rayleigh-Zahl - t Zeit - z Höhenkoordinate - Wärmeübergangskoeffizient - isobarer Volumenausdehnungskoeffi zient - Temperatur in °C - Wärmeleitfähigkeit - v kinematische Viskosität - Dichte Indizes h auf die Höheh der Konvektionsschicht bezogen - H auf die GesamthöheH bezogen - i Grenze zwischen Konvektionsund Wärmeleitungsbereich, bei der Höhez=h - 0 Anfangstemperatur zum Zeitpunkt - t O - 1 Kühlplatte,z=0 - 2 Heizplatte,z=H - Konvektion - Wärmeleitung Herrn Prof. Dr.-Ing. U. Grigull zum 70. Geburtstag gewidmet     

Effect of a concentrated mass on coriolis flowmetering

Summary Usually a Coriolis mass flowmeter consists of a fluid conveying vibrating pipe segment with a reflection symmetry, on which the time delay is measured between the vibrations of two symmetrically situated cross sections. For a homogeneous pipe segment, the proportionality factorK _c between and the mass flowrate , i.e. the calibration factor of the instrument, is independent of the nature of the flowing fluid. Fixing a concentrated massm _c at the middle of the pipe segment — as required e.g. for the purpose of a symmetric excitation of the vibration — brings about a dependence of the factorK _c on the fluid density. In the present paper the influence of the massm _c on the vibration spectrum and on flowmetering is investigated in detail for an instrument working with a straight pipe segment. It turns out that, whereas the frequency of the fundamental vibration mode is strongly influenced bym _c , the calibration factorK _c is practically independent of the massm _c , up to fairly high values compared to the mass of the fluid filled pipe segment.

---

Effekt einer konzentrierten Masse auf die Coriolis-Durchflußmessung

Übersicht Ein Coriolis-Durchflußmeßgerät ist üblicherweise ein von einem Fluid durchströmter schwingender Rohrabschnitt, der eine Spiegelungssymmetrie besitzt und an dem der Zeitunterschied zwischen den Schwingungen zweier symmetrisch gelegener Querschnitte gemessen wird. Für einen homogenen Rohrabschnitt ist der ProportionalitätsfaktorK _C zwischen und dem Massenstrom , d. h. der Kalibrierungsfaktor des Instrumentes, unabhängig von der Natur des Fluids. Das Anbringen einer konzentrierten Massem _c an der Mitte des Rohrabschnittes — etwa zum Zwecke einer symmetrischen Anregung der Schwingung — hat eine Abhängigkeit des FaktorsK _C von der Fluiddichte zur Folge. In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluß der Massem _c auf das Schwingungsspektrum und die Durchflußmessung bei einem Instrument mit geradem Rohrabschnitt eingehend untersucht. Es ergibt sich, daß die Schwingungsfrequenz der Grundmode zwar stark vonm _c beeinflußt wird, der KalibrierungsfaktorK _C aber praktisch unabhängig vonm _c ist, bis zu ziemlich hohen Werten vonm _c verglichen mit der Masse des gefüllten Rohrabschnittes.

     

Zur Rheometrie viskoelastischer Fluide mit der Kegel-Platte-Anordnung

Zusammenfassung Es wird das Schub- und Normalspannungsverhalten verschiedener konzentrierter Polymerlösungen bei stationärer Scherung mit einer offenen Kegel-Platte-Anordnung in einem Mechanischen Spektrometer der Firma Rheometrics Inc. untersucht. Dabei wird festgestellt, daß an der freien Oberfläche des Meßfluids im Randbereich Einschnürungen auftreten, wenn das Geschwindigkeitsgefälle einen charakteristischen Wert überschreitet. Durch Bestimmung der Temperatur an der freien Oberfläche mit einem Strahlungsthermometer wird eine Beanspruchungsgrenze ermittelt, ab welcher mit merklichen Temperaturerhöhungen gerechnet werden muß.Es wird gefunden, daß beim Anlaufvorgang bei Anwendung hinreichend hoher Geschwindigkeitsgefälle nach dem Überschwingen (overshoot) der Spannungen noch ein Unterschwingen (undershoot) erfolgt, das auf das Wirksamwerden von Verfestigungsmechanismen in dem strömenden Fluid zurückzuführen ist. Diese Strömungsverfestigung wird in den untersuchten Polymerlösungen immer dann beobachtet, wenn das Verhältnis von erster Normalspannungsdifferenz zu Schubspannung einen Wert von ca. 10 überschreitet. Dieser Effekt läßt sich besonders eindrucksvoll an Lösungen von hochmolekularem Polyisobutylen (Oppanol B 200) nachweisen. Unter Heranziehung von Ergebnissen anderer Autoren wird erläutert, wieso bei Dehn- und Scherströmungen zwar ein sehr unterschiedliches Fließverhalten vorliegt, trotzdem aber ganz ähnliche Verfestigungsphänomene — Aggregation, Kristallisation, Entmischung — auftreten können. Weiterhin wird der Einfluß des gewählten Lösungsmittels sowie der Temperatur auf den Spannungsverlauf untersucht.In einem Anhang wird aus der Schubspannung und der ersten Normalspannungsdifferenz eine signifikante Vergleichsspannung sowie der Orientierungswinkel berechnet. Bei Zugrundelegung dieser Größen wird die bekannte Tatsache, daß die erste Normalspannungsdifferenz erst dann dominierenden Einfluß auf das Fließverhalten gewinnt, wenn sie die Schubspannung wesentlich übersteigt, ohne weiteres verständlich.

---

Summary The shear and normal stress behavior of several concentrated polymer solutions in steady shear flow is investigated by means of an open cone and plate arrangement of the Mechanical Spectrometer (Rheometrics Inc.) type. Deformations of the free gap surface are found if the shear rate is raised above a critical value. Sensitive temperature measurements of the liquid surface, carried out by means of a radiative pyrometer, yield a shear rate above which dissipation effects become appreciable.Start-up experiments in regions of sufficiently high shear rate show an additional undershoot after the initial overshoot. This undershot has to be attributed to mechanisms leading to a stiffening of the flowing liquid. Such a flow hardening can be observed in the investigated polymer solutions if the ratio of normal and shear stresses is of the order of 10 or more. It may be observed particularly impressively with concentrated solutions of a high molecular mass polyisobutylene (Oppanol B 200). From the results of other authors it is shown that elongational and shear flows despite their different kinematics, may produce similar hardening phenomena — aggregation, cristallisation, demixing. Furthermore, the influence of different solvents and temperature on the stress curves is discussed.In an appendix two quantities, a significant stress and an orientation angle are calculated from the shear and normal stresses. These quantities give an insight into the well known fact that the first normal stress difference has a dominating influence on the flow only when the normal stress difference is much greater than the shear stress.

---

---

Erster Teil einer von der Abteilung Chemietechnik der Universität Dortmund genehmigten Dissertation; auszugsweise vorgetragen auf der Jahrestagung der Deutschen Rheologischen Gesellschaft in Dortmund vom 9.–11. März 1977.

---

Mit 12 Abbildungen und 1 Tabelle     

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.

---

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.

     

Ein Quadraturverfahren zur Berechnung der Reibungsschicht an axial angeströmten rotierenden Drehkörpern

Zusammenfassung Als Abschluß eines umfangreichen Programmes zur Berechnung der Strömung an angeblasenen rotierenden Rotationskörpern wird der bisher noch fehlende Fall turbulenter Strömung behandelt.Für die Berechnung der Impulsverlustaicken sowie des Drehmomentes konnten einfache Quadraturformeln erhalten werden, die für den laminaren Fall ebenfalls eine recht brauchbare Näherung darstellen. In den Formeln kommen nur die Verteilung des Körperhalbmessers und des Körperhalbmessers und die Geschwindigkeitsverteilung um den Körper vor. Es wird eine Abschätzung zur Bestimmung der Lage des Ablösungspunktes infolge der Drehbewegung des Körpers angegeben.Das Verfahren wurde erprobt an den Beispielen der rotierenden Scheibe, der Kugel, der Rotationsellipsoide und des räumlichen Halbkörpers. In allen Fällen wurde der Momentenbeiwert bei laminarer und turbulenter Strömung berechnet. Allgemein kann man zeigen, daß sich das Drehmoment bei konstant gehaltener Anströmungsgeschwindigkeit linear mit der Umfangsgeschwindigkeit ändert.Die vorliegende Arbeit stellt den zweiten Teil einer von der Fakultät für Maschinenwesen der Technischen Hochschule Braunschweig angenommenen Habilitationsschrift mit dem Titel Die Strömung um rotierende Drehkörper bei axialer Anströmung dar. (Berichter Prof. Dr. H. Schlichting, Mitberichter Prof. Dr. H. Blenk.) Der erste Teil mit dem Titel Die turbulente Strömung an einer angeblasenen rotierenden Scheibe wird in der Zeitschrift für angewandte Mathematik und Mechanik erscheinen.Diese Untersuchungen wurden mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Institut für Strömungsmechanik der T. H. Braunschweig ausgeführt.     

Rotationsviskosimetrie mit kugelförmigen Spindeln

Zusammenfassung Die Rheodynamik der stationären viskometrischen Drehströmung um eine rotierende Kugel wird mit Methoden der Variationsrechnung untersucht. Neben iterativen numerischen Lösungsmethoden, die zu exakten Resultaten führen, wird auch eine approximative Ein-Gradienten-Lösung konstruiert, die durch Quadraturen dargestellt wird. Ausgehend von dieser analytischen Approximation werden einfache Methoden zur Auswertung von Experimentaldaten vorgeschlagen, die mit Hilfe von Eintauch-Rotationsviskosimetern mit kugelförmigen Meßspindeln gewonnen wurden.

---

Summary The rotational viscometric flow around a rotating sphere has been studied by variational methods. The exact numerical, as well as an approximate analytical solutions are given. Employing the analytical approximation, a simple method of evaluating viscometric data from immersional (portable) viscometers with a rotating sphere is proposed.

---

A Achsenschnitt durch den Bereich der Strömung - B - b, c anpaßbare empirische Konstanten - C Kalibrierungsoperator - D Schergeschwindigkeit der viskosimetrischen Strömung - D _ij Komponenten des Deformationsgeschwindigkeitstensors - D _I, _I Stoffkonstanten der VF des Ellis-Modells - g metrischer Koeffizient - H() Funktional der Ein-Gradienten-Approximation, Gl. [27] - J[] energetisches Potential - J _a[] Ein-Gradienten-Approximation fürJ - K Konsistenzkoeffizient, Parameter der VF des Potenzmodells - m Parameter des Ellis-Modells - M Drehmoment - n Parameter des Potenzmodells - n, n Differentialindices der VF, Gl. [20c, d] - n*,n** Differentialindices der RC, Gl. [9], [13] - r, , z polare Zylinderkoordinaten - R Spindelhalbmesser - rheometrischer Operator - S Spindeloberfläche - U(D) energetische Funktion nachBird, Gl. [20e] - v _i physikalische Komponenten der Geschwindigkeit - Z() transformierte VF, Gl. [20f] - (n) durch Gl. [35] definierte Funktion - k Verhältnis der Radien von Spindel und Wand - ( durch Gl. [43] definierte Funktion - natürliche (Radial-)Koordinate - Schubspannung der viskosimetrischen Strömung - _ij Komponenten des Spannungstensors - _S() Spannungsprofil an der Spindeloberfläche - _M Maximalspannung an der Spindeloberfläche - mittlere Spannung an der Spindeloberfläche, Gln. [3], [22] - natürliche (Meridional-) Koordinate - Winkelgeschwindigkeit in der Flüssigkeit - Winkelgeschwindigkeit der Spindelrotation - ( rheometrische Charakteristik Mit 4 Abbildungen und 3 Tabellen     

Dielectric properties of the composite system polyurethane — sodium chloride

Summary The dielectric properties of the composite system polyurethane-sodium chloride have been measured at frequencies between 10^–4 Hz and 3 · 10⁵ Hz in the temperature range from –150 °C up to +90 dgC. Three dielectric loss mechanisms have been found; they are indicated by ₁, ₂ and. The activation energy of the ₁-transition is 35 kcal/mole, that of the-transition 6.7 kcal/mole. The ₂-loss peak was only observed at frequencies of 10³ Hz and higher, forming one broad peak with the ₁-loss peak at lower frequencies. In the composite materials, the- and ₂-loss peaks measured at fixed frequencies were found at the same temperature. The ₂-loss peak, however, was shifted to a lower temperature, due to the sodium chloride filler. Comparison of experimental data of and tan with theoretical predictions concerning the dielectric properties of composite systems showed only partial agreement. The difference mainly consisted in. the temperature shift in the tan-peak of the ₁-transition.

---

Zusammenfassung Die dielektrischen Eigenschaften des Verbundssystems Kochsalz-Polyurethankautschuk wurden im Frequenzgebiet zwischen 10^–4 Hz und 3.10⁵ Hz und im Temperaturbereich von –150 °C bis +90 °C gemessen. Es wurden drei dielektrische Verlustmaxima gefunden, die mit ₁, ₂ und angedeutet werden. Die Aktivierungsenergie des ₁-Überganges beträgt 35 kcal/Mol, die des-Überganges 6.7 kcal/Mol. Das ₂-Maximum konnte nur bei Frequenzen höher als 10³Hz vom ₁-Maximum gesondert erfaßt werden. Die Lage der ₂- und-Maxima war vom Füllgrad unabhängig. Das ₁-Maximum verschiebt sich mit steigendem Füllgrad zu niedrigeren Temperaturen. Die gemessenen Werte von und tan stimmen nur teilweise mit den Aussagen einer Theorie der dielektrischen Eigenschaften von Mischkörpern überein.

     

Analysis of a method and a system to determine heat transfer and properties of fluids in the absence of temperature measurements and a modified Fourier Equation

The technique to determine by capacitance measurements heat transfer, thermal transport and dielectric properties of fluids introduced recently is now analyzed for a simple system of spherical geometry. The temperature distribution under programmed heat input to a fluid annulus between solid walls is computed by finite difference method for the determination of the capacitance time function of the arrangement. A system of heavy wall structure and heated long enough will produce a capacitance-time curve which is a function of thermal conductivity only. Thermal diffusivity is of influence in thin wall systems. The capacitance change of a heavy wall arrangement is related to the thermal conductivity of the test fluid by a modified Fourier equation. This equation describes the heat flow through the fluid layer but includes the thermal expansion of the solid walls. The change of geometry with T is therefore accounted for. For other multicomposite structures the Fourier equation must be further modified by including the thermal expansion of all materials of the structure and possibly also their compressibilities.

---

Zusammenfassung Die kürzlich eingeführte Methode der Bestimmung von Wärmeübergang, thermischen Transport und dielektrischen Größen mittels Kapazitäts-Zeit-Messung wird analysiert für ein einfaches kugeliges System. Die Temperaturverteilung in der Flüssigkeit im Kugelspalt zwischen zwei festen Körpern wird für konstante Wärmezufuhr von außen mittels der Differenzmethode bestimmt und daraus die Kapazitäts-Zeit-Funktion ermittelt. Es wird gezeigt, daß die Kapazitäts-Zeit-Kurve nur eine Funktion der Wärmeleitzahl ist für den Fall dickwandiger Anordnungen. Für dünnwandige Systeme wird sie auch abhängig von der Temperaturleitzahl. Es wird eine modifizierte Fourier-Gleichung eingeführt, die den Wärmetransport durch die Flüssigkeit beschreibt, dabei aber die Änderung der Geometrie der Schicht berücksichtigt, die sich wegen der thermischen Ausdehnung der festen Wände bei der Einstellung der Temperaturdifferenz ergibt. Für andere mehrschichtige Körper muß die Fourier-Gleichung weiterhin modifiziert werden durch Berücksichtigung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten aller beteiligten Materialien und möglicherweise auch ihrer Kompressibilitäten.

---

Nomenclature A average cross-sectional area of fluid layer - A coefficient matrix - B matrix defined by Eq. (20) - B₀ geometric constant of fluid layer (A/L) at reference temperature - C capacitance of arrangement - C_i, C_r capacitance of layer of fluid i and reference fluid at temperature T - capacitances at reference temperature - C_H, c_l specific heats of outer and inner wall - FA...FE constants defined in Eqs. (13 ... 17) - L thickness of fluid layer - M_H, M_L mass of outer and inner wall - P power input to the system - R constant defined by Eq. (24) - T temperature - T_ref reference temperature - T (O, t), T (L, t) temperatures of outer and inner wall at time t - T _i ⁿ , T _i+0 ^n+m temperatures at location i and time n (m=number of t's; 0=number of x's) - T temperature difference across fluid layer - T apparent temperature difference - t_h, T_l temperature increases of outer and inner wall - T_max temperature change of system from one to another thermal equilibrium condition a thermal diffusivity - k, k_i, k_r thermal qonductivity of fluids and of fluid i and reference fluid - q heat flow through fluid layer - ^rh,^rl inner radius of outer wall and outer radius of inner wall - ^rOH,^rOL radii at reference temperature - t time - t time interval - x coordinate - ¯x vector of unknown T_i ⁿ⁺¹ - x length interval Greek symbols linear thermal expansion coefficient - _H, _L linear thermal expansion coefficient of materials of outer and inner wall - dielectric constant - _i, _ref dielectric constant of fluid i and reference fluid - ₀ permittivity of free space - multiplyer of conduction Eq. (7) in finite difference form - time needed to establish quasi-steady state conditions in the system heated by a constant power input In honor of Prof. Dr. E. Schmidt to his 80th Birthday.     

Zum zeitlichen Verlauf des Kriechens von Zementstein und Beton

Zusammenfassung Es wird eine Kriechfunktion abgeleitet, die die bekannten, empirisch bestimmten Kriechfunktionen als Spezialfälle enthält. Für die relative Endkriechverformung ergibt sich sowohl aus der exakten Lösung als auch aus den Näherungen der Wert 2/E. Für die Halbwertszeit, nach der die Hälfte des Endkriechmaßes erreicht wird, bekommt mann = 2l RZ , E. R ist eine Größe, die der inneren Reibung proportional ist. Es wird eine Beziehung angegeben, dieR mit der AktivierungsenergieQ verknüpft. Mit den aus Kriechkurven zu entnehmenden Werten fürR ist damit auchQ bekannt.

---

Summary A formula for creep deformation as a function of time has been derived. It has been shown, that the empirical functions previously used by several authors are special cases of this more general function. The final creep deformation is found to be 2/E. Half of the final creep deformation is reached after a time ofn=21RZ/qE. R is a value, which is proportional to internal friction. There exists a relation betweenR and the activation energy. The activation energy can be calculated ifR is evaluated from creep data.

     

Gradientenabhängigkeit der Viskosität verdünnter Lösungen von Fadenmolekülen

Zusammenfassung Es wird über die Gradientenabhängigkeit der Viskosität von Polymeren mit hohem Molekulargewicht in Lösungsmitteln üblicher Viskosität berichtet. Die Ermittlung von [] für verschwindenden Gradienten []_G0 und besonders für sehr hohe Gradienten []_G wird diskutiert.Der gemessene Gradientenbereich erstreckt sich vonG=10¹ bis 3 · 10⁴ sec^–1. Bei unserem Präparat mit dem höchsten Molekulargewicht, einem Polymethylmeth-acrylat vonM=16 · 10⁶, ergibt dies ₀-Werte bis 190, wenn ₀ die theoretisch als maßgeblicher Parameter benutzte Größe ₀=M · [] ₀ · ₀/RT ist. Wir beobachteten im gesamten recht großen ₀-Bereich für unsere Lösungsmittel ( ₀<6 · 10^–3 Poise) eine kontinuierliche Abnahme von []. Diese ist um so ausgeprägter, je höher []_G=0 wird.Vorgetragen auf der Jahrestagung der Deutschen Rheologen vom 11.–13. Mai 1964 in Berlin-Dahlem. - Teil einer Dissertation (D 77) der Universität Mainz.Herrn Prof.G. V. Schulz danken wir für anregende Diskussionen.Der eine von uns (B. N.) dankt der Alexan-der-von-Humboldt-Stiftung für ein Stipendium. Der Deutschen Forschungsgemeinschaft danken wir für eine Sachbeihilfe.     

Instationäre Messung der Wärmeleitfähigkeit mit optischer Registrierung

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

---

Unsteady-state measurements of the thermal conductivity with optical recording

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

---

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

Zur Variationsformulierung nichtlinearer Randwertprobleme

Übersicht Es werden verschiedene Bedingungen aufgestellt, die es erlauben, die durch die beiden (Systeme von) nichtlinearen DifferentialgleichungenA (u, ) = q, B (u, ) = und Randbedingungen zusammen mit den nichtlinearen algebraischen Relationenq = C(u, ), = D(u, ) beschriebene Aufgabe durch äquivalente Variationsprobleme zu ersetzen. Dabei zeigt sich ein enger Zusammenhang mit den in der Festkörpermechanik wohlbekannten Prinzipien der virtuellen Verschiebungen und der virtuellen Kräfte. Die auf systematischem Weg konstruierten Variationsfunktionale enthalten viele in der Physik bekannte Funktionale als Sonderfälle, insbesondere jene, die in der Elastomechanik nach Green, Castigliano, Hellinger, Reißner, Hu und Washizu benannt werden.

---

Summary In this paper there are established various conditions which allow a variational formulation of the problem described by the two (systems of) nonlinear differential equationsA(u, ) = q, B(u, ) = and boundary conditions together with the nonlinear algebraic relationsq = C(u, ), = D(u, ). Besides a close relationship is revealed to the principles of virtual displacements and virtual forces which are wellknown in solid mechanics. The systematically constructed variational functional contain many functionals in physics as special cases, mainly those of Green, Castigliano, Hellinger, Reißner, Hu and Washizu in elastomechanics.

     

Beitrag zur Auswertung von Anlauf-Vorgängen in viskoelastischen Flüssigkeiten

Zusammenfassung In diesem Bericht wird die Kraftübertragung zwischen zwei unbegrenzt ausgedehnten und durch eineMaxwell-Flüssigkeit gekoppelten Platten bei beliebigem Zeitgesetz der Bewegung der oberen auf die elastisch aufgehängte untere Platte unter Einbeziehung der Trägheit von unterer Platte undMaxwell-Flüssigkeit berechnet.Diese Fragestellung führt mathematisch auf ein Randwertproblem, dessen eine Randbedingung die Form ³ u/x ² y + ₁ u + ₁ u/y – ₂ ² u/xy = 0 fürx = 0 annimmt, also gemischte Ableitungen nach 2 unabhängigen Veränderlichen enthält.Es wird gezeigt, daß sich die Lösung als unendliche Reihe darstellen läßt, deren 1. Glied aus abklingenden Exponentialfunktionen, alle weiteren hingegen aus gedämpften Schwingungen bestehen.Als spezielle Zeitgesetze für die obere Platte werden die impulsförmige Erregung, die zeitproportionale und die periodische Bewegung untersucht.Es wird abgeleitet, wie sich die Kenngrößen undG (Viskosität und Schubmodul) aus Eigenfrequenz und Dämpfung bzw. aus den beiden Exponenten dere-Funktionen in den beiden ersten Fällen berechnen lassen. Bei periodischer Beanspruchung werden undG aus der Resonanzfrequenz und der Halbwertbreite bzw. dem Phasenwinkel ermittelt.Abschließend wird gezeigt, daß und wie ein Rotationsviskosimeter auf den behandelten Fall ebener Platten zurückgeführt werden kann.

---

Summary In this report the force transmission between two infinitely extended plates coupled by aMaxwell-Fluid is calculated. In this calculation the inertia of the fluid and the influence of the elastically suspended lower plate is included, while the upper plate can perform any time-dependent movement.Mathematically this question leads to a boundery value problem; one boundery condition has the form ³ u/ ² y + ₁ u + ₁ u/y – ₂ ² u/xy = 0 (x = 0) ( ₁, ₂, = constant), that means it contains mixed differential-quotients of two independent variables.The solution is demonstrated as an infinite series, the form of the first term is of two negative exponential functions, all the other terms are damped oscillations.The excitation from a single pulse, the uniform timeproportional and the periodic movement as timedependent laws for the upper plate are analysed.The values of andG (viscosity and shear modulus) are derived from eigenfrequency and damping-constant respectively from the values of the two exponentials. In the periodic case andG are calculated from the resonance frequency and halfwidth or phase-angle respectively.Finally the conditions of the rotation-viscometer are reduced to the case of parallel-plate-viscometer.

---

---

Vorgetragen auf der Jahrestagung der Deutschen Rheologen vom 7.–9. Mai 1973 in Berlin.

---

Mit 6 Abbildungen und 1 Tabelle     

Toward a viscoelastic modelling of the injection molding of polymers

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

---

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

---

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

Bestimmung des Diffusionskoeffizienten von Wasserstoff in Wasser und wässerigen Polymerlösungen nach der CBS-Methode

Zusammenfassung Die Werte des Diffusionskoeffizienten von Wasserstoff in Wasser und wässerigen Polymerlösungen bei 20 und 30°C und ungefähr l bar Gesamtdruck werden gegeben. Die Bestimmung dieser Werte geschah nach der kürzlich veröffentlichten constant bubble-size-Methode (CBS-Methode).Der Einfluß der freien Konvektion bei der Bestimmung der Diffusionskoeffizienten von mäßig lösbaren Gasen in Flüssigkeiten ist qualitativ untersucht worden. Es wird gezeigt, daß freie Konvektion durch Erhöhung der Viskosität völlig zurückgedrängt wird. Dazu wird die Viskosität durch Zusatz eines Polymerisats erhöht.Weiterhin wurde auch der Zusammenhang zwischen Diffusionskoeffizient und zero-shear-Viskosität quantitativ untersucht. Es wurde die zero-shear-Viskosität dieser wässerigen Polymerlösungen bestimmt. Ferner ergab sich, daß der Zusammenhang zwischen dem Logarithmus des Diffusionskoeffizienten und dem Logarithmus der zero-shear-Viskosität direkt proportional war.Der Diffusionskoeffizient nimmt bei höherem Polymerzusatz leicht ab. Die experimentellen Werte wurden mit Ergebnissen aus dem Schrifttum verglichen.

---

Measurement of the diffusion coefficient of hydrogen in water and aqueous polymer solutions according to the CBS-method

Values of the diffusion coefficient of hydrogen in water and aqueous polymer solutions at 20 and 30°C and about 1 bar total pressure are given. The measurement of these values has been performed according to the recently published constant bubble size method (CBS-method).The influence of free convection on the determination of diffusion coefficients of slightly soluble gases in liquids has been investigated qualitatively. It is shown that by increase of viscosity, free convection is reduced. To this end, the viscosity is increased by addition of a polymer. Furthermore, the relation between diffusion coefficient and zero-shear viscosity has been investigated quantitatively. The zero-shear viscosity of the non-Newtonian polymer solutions has been determined. A directly proportional relation between the logarithm of the diffusion coefficient and the logarithm of the zero-shear viscosity has been found.Increasing values of the polymer concentration result in a small decrease of the diffusion coefficient. The experimental values are compared with other results from literature.

---

Formelzeichen a [m² s^–1] Temperaturleitfähigkeit der Flüssigkeit - A _c [m²] Oberfläche des gesperrten Kugelabschnitts - c _A [mol m^–3] Konzentration des GasesA in der Flüssigkeit - c _p [kg kg^–1] Polymerkonzentration in der Flüssigkeit - c _R [mol m^–3] Konzentration des Gases in der Flüssigkeit an der Oberfläche (r=R) - c _z [mol m^–3] Konzentration der Zusatzmenge - c [mol m^–3] Konzentration des Gases in der Flüssigkeit fürt=0 und zur fürt >0 - d [m] Gasblasendurchmesser - d _c [m] Durchmesser der Spitze des Kegelstumpfs - D _AB [m² s^–1] Diffusionskoeffizient des GasesA in der FlüssigkeitB - D _w [m² s^–1] fusionskoeffizient des Gases in der reinen Flüssigkeit - g [m s^–2] Fallbeschleunigung - L [m] Halbmesser der Innenzelle - m [s^–1] Neigung der Gerade in der Gleichung (10) - n [1] Exponent in Gleichung (12) - N _A ^* [mol] Menge des in der Flüssigkeit absorbierten GasesA - p _R [Pa] Teildruck des Gases zur=R - r [m] Kugelkoordinate - R [m] Halbmesser der Gasblase - R [Jmol^–1K^–1] Gaskonstante (R=8.314 J mol^–1 K^–1) - t [s] Zeit - T [K] Temperatur - T [K] Temperaturdifferenz - v _* ^a [m³] Volumen des in der Flüssigkeit absorbierten GasesA Griechische Formelzeichen [W K^–1 m^–2] Wärmeübergangskoeffizient - [K^–1] Wärmedehnungszahl der Flüssigkeit - [rad] Winkel - [Pa s] Viskosität - _w [Pa s] Viskosität der reinen Flüssigkeit - ₀ [Pa s] Viskosität der Polymerlösung für 0 - [Pa s] Viskosität der Polymerlösung für - [rad] Kugelkoordinate - [W K^–1 m^–1] Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit - [m² s^–1] kinematische Viskosität der Flüssigkeit - _L [kg m^–3] Dichte der Flüssigkeit - [Pa m] Oberflächenspannung der Flüssigkeit - _D [m² s^–1] Standardabweichung vom Diffusionskoeffizienten - _n [1] Standardabweichung vonn - [Pa] Schubspannung Dimensionslose Kenngrößen Eö [1] Eötvössche Kenngröße (Eö=_L g R²/) - He [1] Henrysche Kenngröße (He=c _RRT/p_R) - Nu [1] Nusseltsche Kenngröße (Nu= L/) - Ra [l] Rayleighsche Kenngröße (Ra=L ³ g T/(a v))     

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.

---

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.

---

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.