The viscosity of a polar fluid with suspensions

Summary The apparent viscosity of a polar fluid with suspensions of rigid spherical particles undergoing a prescribed bulk motion is calculated. It is shown that the increased rate of dissipation in a polar fluid with suspensions is greater than that of a Newtonian fluid. It is found that the relationship between the viscosity and the concentration has a same form with that of a Newtonian fluid suspension of which ambient fluid has a shear viscosity multiplied by a factor which is greater than unity.

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Zusammenfassung Die scheinbare Viskosität einer polaren Flüssigkeit mit suspendierten steifen, kugelförmigen Teilchen, die eine vorgeschriebene Bewegung ausführen, wird berechnet. Es wird gezeigt, daß die anwachsende Dissipationsgeschwindigkeit in einer polaren Flüssigkeit mit suspendierten Teilchen größer ist als die einerNewtonschen Flüssigkeit. Es zeigt sich, daß die Beziehung zwischen der Viskosität und der Konzentration die gleiche Form hat wie die einerNewtonschen Flüssigkeitssuspension, bei der die umgebende Flüssigkeit eine Scherviskosität besitzt, multipliziert mit einem Faktor größer als 1.

     

Instationäre Rohrströmung viskoelastischer Flüssigkeiten—Maßnahmen zur Durchsatzsteigerung

Übersicht Die stationäre Druckströmung einer nichtlinear-viskoelastischen Flüssigkeit durch ein gerades Rohr wird durch instationäre Maßnahmen wie die periodische Bewegung der Rohrwand oder die Überlagerung eines oszillierenden Druckgefälles so verändert, daß der Durchsatz unter Umständen erheblich ansteigt. Es wird eine Theorie mit dem Ziel entwickelt, den bei instationärer Rohrströmung geförderten mittleren Volumenstrom als Funktion der äußeren Parameter und der Stoffkonstanten der Flüssigkeit darzustellen und die Bedingungen für eine Durchsatzsteigerung gegenüber der stationären Vergleichsströmung zu finden. Die Strömung wird als langsam vorausgesetzt, so daß die konstitutive Gleichung einer allgemeinen Flüssigkeit vierter Ordnung zugrunde gelegt werden kann. Dadurch werden sowohl die nichtlinearen Fließeigenschaften als auch das Gedächtnis der Flüssigkeit berücksichtigt. Die analytischen Ergebnisse besitzen trotz der komplizierten Stoffeigenschaften überschaubare Struktur und lassen sich unter Verwendung geeigneter Dimensionsloser kompakt darstellen. Sie geben insbesondere Aufschluß über die Bedingungen größtmöglichen Durchsatzes.

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Summary If unsteady influences such as a periodic motion of the wall or an oscillating pressure drop are superimposed on a steady flow of a nonlinear viscoelastic fluid through a stright pipe, the mean volume discharge per unit time may increase considerably under certain circumstances. A theory is developed the aim of which is to find the mean flow rate in unsteady pipe flows as a function of the parameters of the problem including the material constants of the fluid and to become familiar with the conditions under which the mean rate of discharge exceeds that of the steady base flow. The flow is assumed to be slow so that the constitutive equation of a fourth order fluid can be used. By that the shear thinning properties as well as the memory of the fluid are taken into account. In spite of the rather complicated constitutive equation, the analytical results have a simple structure and can be written in a concise form by making use of suitable dimensionless darameters. They, especially, give information about the conditions for the greatest possible mean volume pischarge per unit time.

     

Rheological simulation of synovial fluid by a synthetic macromolecular solution

Summary The flow characteristics of a series of potential synthetic synovial fluids have been examined. These were mainly solutions of polyvinyl pyrrolidone in water. The techniques leading to the production of a fluid with flow properties very similar to normal synovial are described.The apparent shear elasticity and relaxation time data of the synthetic fluid as compared to normal fluid are discussed in terms of the relative importance of intermolecular entanglement and intermolecular complexing in the 2 fluids.

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Zusammenfassung Die Synovialflüssigkeit von normalen menschlichen Gelenken zeigt ein charakteristisches Theologisches Verhalten, das stark verändert ist, wenn das Gelenk von rheumatischer Arthritis befallen ist. Um die Möglichkeit der Substitution mit einer synthetischen Gelenkflüssigkeit im krankhaften Gelenk zu bewerten, mit dem Ziel die Symptome zu erleichtern und den Prozeß der Gelenkzerstörung zu verzögern, wurde besonders Wert darauf gelegt, eine Polymerlösung zu finden mit ähnlichen Theologischen Eigenschaften wie eine normale Synovialflüssigkeit. Es wird angenommen, daß das besondere rheologische Verhalten einer normalen Synovialflüssigkeit (hohe Viskosität und Elastizität, ausgeprägtes nicht-Newtonsches Verhalten und Thixotropie) von Bedeutung für das Schmieren von Gelenken ist, obwohl ihre genaue Bedeutung im Bezug auf Reibung noch nicht gesichert ist und augenblicklich diskutiert wird.Fließexperimente wurden mit einemWeissenberg-Rheogoniometer usgeführt und mit einem UV-Schreiber registriert, um genaue Fließ-Spannungswerte zu erhalten.In dieser Abhandlung werden Ergebnisse über das Fließverhalten verschiedener möglicher synthetischer Flüssigkeiten veröffentlicht einschließlich der, die schließlich gewählt wurde: eine Lösung von umgewandeltem PVP (Polyvinylpyrrolidon). Dies ist ein wasserlöslicher hochmolekularer Stoff, der sich als physiologisch verträglich und nicht-toxisch gezeigt hat. Wäßrige 10%ige Lösungen mit hochmolekularem PVP ha ben ein Viskositätsverhalten, das bei niedrigerer Schubbel astung der normalen Synovialflüssigkeit ähnlich ist, aber nichtthixotropes und nur leicht nicht-Newtonsches und elastisches Verhalten zeigt. Im Labor hergestelltes hochgereinigtes PVP ergab ein Polymerisat, das in Lösung ein ähnliches Verhalten zeigte wie Handelsmaterial. Bestrahlung jedoch mit einer kritischen Dosis von 1,5 mrad in einem UCR 100 Reaktor erzeugte ein Polymerisat, das in 10%iger wäßriger Lösung ein Fließverhalten zeigte, das der normalen Synovialflüssigkeit sehr ähnlich war.Diese Ergebnisse werden im Detail dargelegt: besonders die Eigenschaften unter Höchstbelastung, die bei Beginn einer Schubbelastung in tangentialer als auch in normaler Richtung auftreten. Die Wirkung von anderen Bestrahlungsdosen auf das Theologische Verhalten wird auch beschrieben. Die Scher-Resistenz der synthetischen Flüssigkeit wurde mit einem Rheogoniometer und einem Gelenk-Simulator getestet und die Schmiereigenschaften mit der normalen Synovialflüssigkeit verglichen.Die Bedeutung der Theologischen Ergebnisse wird im Licht der neuen Theorien für Lösungen von Polymeren, die einem Scherfließen unterworfen sind, diskutiert, und mögliche Anwendungen auf andere biologische Flüssigkeitssysteme werden vorgeschlagen.

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Paper presented to the British Society of Rheology Conference on Rheology in Medicine and Pharmacy, London, April 14–15, 1970.     

The influence of vibration on Poiseuille flow of a non-Newtonian fluid. II

Summary An incompressible, isotropic, non-Newtonian fluid undergoes plane Poiseuille flow between two parallel plates, or through a pipe of circular cross-section, as a result of a uniform time-independent pressure gradient. The effect is studied of superposed vibrations of the boundaries, which are not necessarily purely sinusoidal, on the mean rate of discharge of the fluid. The calculations are carried out in detail for a particular constitutive equation of the Rivlin-Ericksen type, with the assumption that the fluid is slightly non-Newtonian. It is seen that in addition to a change in the mean rate of discharge which arises as an interaction of the vibration with the pressure gradient, there may also occur a change in the mean rate of discharge which arises from the interaction of the harmonic components of the vibration and may be independent of the pressure gradient.

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Zusammenfassung Gegenstand der Untersuchung ist eine inkompressible, isotrope, nicht-newtonsche Flüssigkeit entweder in einer ebenen Poiseuille-Strömung zwischen zwei parallelen Platten oder einer solchen durch ein kreiszylindrisches Rohr unter dem Einfluß eines zeitunabhängigen Druckgradienten. Es wird der Einfluß von überlagerten Vibrationen der Wände, die nicht rein sinusförmig zu sein brauchen, auf den mittleren Flüssigkeitsdurchsatz untersucht. Die Rechnungen werden im einzelnen für eine spezielle Stoffgleichung vom Rivlin-Ericksen-Typ durchgeführt, wobei die Flüssigkeit als nur schwach nicht-newtonisch angenommen wird. Man findet, daß außer der Änderung des mittleren Durchsatzes als Folge der Wechselwirkung von Vibration und Druckgradient eine solche Änderung auch als Folge der Wechselwirkung der harmonischen Komponenten der Vibration auftreten kann, die u. U. vom Druckgradienten unabhängig ist.

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With 1 figure     

Dynamic stability of discrete spherical structural systems in fluid media

Summary The dynamic response of a two degree of freedom spherical structural system immersed in viscous fluid media is studied with the fluid reactions obtained byBasset included in the differential equations of motion. Closed form solutions for the response of such systems are presented and a dynamic stability criterion based on the form of the solutions is developed. The solutions and the stability criterion are applicable to the limiting case when the system is surrounded by a vacuum. The various regions of stability and instability are delineated, and it is shown that the type of instability is significantly influenced by the physical properties of the surrounding fluid medium.

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Übersicht Es wird das Verhalten eines mechanischen Systems von zwei Freiheitsgraden untersucht, das aus zwei miteinander verbundenen, kugelförmigen Massen in einer zähen Flüssigkeit besteht. Dabei werden die Zusatzmassen der mitbewegten Flüssigkeit nachBasset in den Bewegungsgleichungen berücksichtigt. Es werden geschlossene Lösungen für die Bewegungen angegeben und daraus die Stabilitätsbedingungen ermittelt. Lösungen und Stabilitätsbedingungen können auch noch auf den Grenzfall eines im Vakuum befindlichen Systems angewendet werden. Die Parameterbereiche für Stabilität und Instabilität werden beschrieben, und es wird gezeigt, daß die Art der Instabilität wesentlich durch die physikalischen Eigenschaften der umgebenden Flüssigkeit bestimmt wird.

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The research upon which this paper is based was supported by the National Science Foundation Grant Nos. GK-479 and GP-2094 to Northwestern University.     

Throughflow effects on the transient and stability characteristics of a thermosyphon

Throughflow effects on the flow in a natural circulation loop are investigated analytically. The loop consists of two vertical insulated branches with a point heat source at the bottom and a point heat sink at the top. Hot liquid is extracted continuously at the hottest spot (just downstream of the heat source) and replaced by cold liquid injection just downstream of the heat sink. A one-dimensional spatial model is employed to calculate flow rates and temperature distributions for various loop parameters and through-flow rates. Steady state, transient behavior, and stability characteristics are studied. It is found that the throughflow stabilizes the motion in the loop.

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Einflüsse der Zuströmung in einen Thermosyphon auf sein transientes Verhalten und seine Stabilität

Zusammenfassung Die Einflüsse der Zuströmung auf die Strömung in einem natürlichen Zirkulationskreislauf werden analytisch untersucht. Der Kreislauf besteht aus zwei vertikalen isolierten Abschnitten mit einer punktuellen Wärmequelle unten und einer punktuellen Wärmesenke oben. Heiße Flüssigkeit wird ständig an der wärmsten Stelle (unmittelbar nach der Wärmequelle) abgesondert und durch kalte Flüssigkeit ersetzt, die unmittelbar nach der Wärmesenke eingespritzt wird. Um die Durchflußraten und Temperaturverteilungen für verschiedene Kreislaufparameter und Zufiußmengen zu berechnen, wird ein eindimensionales Modell verwendet. Die Untersuchungen gelten dem Gleichgewichtszustand, dem transienten Verhalten und den Stabilitätseigenschaften. Es zeigt sich, daß die Zuströmung die Bewegung im Kreislauf stabilisiert.

     

On stress distribution in flows of viscoelastic fluids through ducts with porous walls

Summary In continuation of an earlier investigation, the present paper discusses the stress distribution in the inertialess flow of a viscoelastic fluid confined between two plane parallel walls, in which the upper wall moves with a constant velocity while the lower is held at rest with a uniform constant suction applied on its surface. However, the stress field is discussed in detail for the case when the upper wall is also held at rest and the effects arising due to application of suction are pointed out. The most important difference in the behaviour of viscoelastic fluid, compared with that ofNewtonian fluid, lies in the fact that the gradient of the normal stress component in the horizontal direction depends on the distance from the walls.A short discussion has also been provided for the flow in a cylindrical tube with uniform constant suction applied on its surface. Though not evident from general considerations, it is seen that the situation here also is quite similar to that of plane flow.

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Zusammenfassung In Fortsetzung einer früheren Untersuchung wird in der vorliegenden Arbeit die Spannungsverteilung in einer viskoelastischen Flüssigkeit diskutiert, die trägheitslos zwischen zwei parallelen Wänden strömt, wenn die obere Wand mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird und an der unteren, in Ruhe befindlichen eine gleichförmige konstante Absaugung erfolgt. Das Spannungsfeld wird indessen im einzelnen nur für den Spezialfall diskutiert, daß auch die obere Wand ruht, und die infolge der Absaugung entstehenden Effekte werden aufgezeigt. Der wichtigste Unterschied im Verhalten einer viskoelastischen Flüssigkeit, verglichen mit einerNewtonschen Flüssigkeit, besteht darin, daß der Gradient der Normalspannungskomponente in horizontaler Richtung vom Wandabstand abhängt.Abschließend wird noch die Strömung durch ein zylindrisches Rohr mit gleichmäßiger konstanter Absaugung kurz diskutiert. Man findet, daß die Situation hier ganz ähnlich ist wie bei der ebenen Strömung, wenngleich dies nicht aus allgemeinen Betrachtungen gefolgert werden kann.

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Paper presented at the annual meeting of German Rheologists held in Berlin, May 11–13, 1970.     

Slow flow of a viscoelastic fluid through a contraction

Summary The creeping flow of a viscoelastic fluid through a tapered contraction is analysed by using a perturbation method. Finite element method has been applied to solve the vorticity transport and stream function equations.For a contraction ratio of 2:1 results for the stream function, the velocity distribution and the stress components along the tube axis are presented and discussed. The results indicate that for a viscoelastic fluid there is a tendency of circular motion in the contraction zone.

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Zusammenfassung Mit Hilfe einer Störungsrechnung wird die schleichende Strömung einer viskoelastischen Flüssigkeit durch eine Rohrverengung berechnet. Die dabei auftretenden Randwertaufgaben werden mit der Methode der finiten Elemente gelöst.Für ein Kontraktionsverhältnis von 2:1 werden Ergebnisse für die Stromfunktion, die Geschwindigkeitsverteilung und den Verlauf der Reibungsspannungen entlang der Rohrachse angegeben und diskutiert. Die Ergebnisse für das Geschwindigkeitsfeld zeigen, daß in der Kontraktionszone eine Sekundärströmung erzeugt wird, die aus zwei entgegengesetzt drehenden Ringwirbeln besteht. Da diese der Primärströmung zu überlagern ist, besteht bei einer viskoelastischen Flüssigkeit im Unterschied zu einer newtonschen in der Kontraktionszone die Tendenz zu einer Zirkulationsströmung.

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With 9 figures     

On elastic effects in unsteady pipe flows

Summary Theoretical consideration is given to two unsteady pipe flows. In the first, a combined steady and oscillatory shear flow is generated by a pulsatile pressure gradient in a stationary pipe. In the second, the pressure gradient is constant, but the pipe wall executes axial vibrations.The theoretical analysis is carried out for an upper convected Maxwell model characterized by a viscosity function and one relaxation time. A conventional perturbation method of solution is concluded to be inadequate to describe some of the interesting experimental observations and most of the work employs a finite-difference formulation based onTownsend's work. In the vibrating-pipe analysis, it is concluded that the flow must be considered to be dominated by the axial movement of the pipe if the interesting experiments ofManero andMena are to be properly interpreted.We have still not reached the stage where existing experimental results on pulsatile flow and the vibratingpipe situation can bequantitatively predicted.

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Zusammenfassung Es werden zwei Typen instationärer Rohrströmungen theoretisch betrachtet. Bei dem ersten wird eine kombinierte stationäre und oszillierende Scherströmung dadurch erzeugt, daß bei ruhendem Rohr der Strömung ein pulsierender Druckgradient aufgeprägt wird. Bei dem zweiten ist der Druckgradient konstant, dagegen führt das Rohr axiale Schwingungen aus.Die theoretische Analyse wird für das Modell einer verallgemeinerten Maxwell-Oldroyd-FlüssigkeitB (d. h. mit kontravarianter konvektiver Zeitableitung) durchgeführt, welches durch eine Viskositätsfunktion, aber nur eine einzige Relaxationszeit gekennzeichnet ist. Es wird gezeigt, daß die üblichen Störungsmethoden nicht geeignet sind, einige der interessantesten experimentellen Beobachtungen zu beschreiben. Daher wird in den meisten Fällen eine auf den Arbeiten vonTownsend basierenden Finite-Differenzen-Methode angewendet. Bei der Analyse des vibrierenden Rohrs wird geschlossen, daß die Strömung maßgeblich durch die Axialbewegung des Rohrs bestimmt sein muß, wenn die interessanten Experimente vonManero undMena angemessen interpretiert werden sollen.Zur Zeit ist noch nicht eine solche Stufe des theoretischen Verständnisses erreicht, von wo aus einequantitative Voraussage der bekannten experimentellen Ergebnisse bei pulsierenden Strömungen bzw. einem vibrierenden Rohr geleistet werden könnte.

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With 14 figures     

Long waves on a layer of a visco-elastic fluid down an inclined plane

Summary In this paper the finite amplitude stability of long waves on a layer of a second-order fluid flowing down an inclined plane is discussed. A systematic expansion procedure in terms of a parameterµ, which is the ratio of the undisturbed layer thickness to a representative length down the plane, is developed and solutions are obtained toO(µ ³). It is found that weakly non-linear monochromatic waves tend to attain equilibrium states for Weber numbers ofO(µ ^–2). This equilibrium amplitude first increases with increase in the elastic parameterM, reaches a maximum and then decreases withM. It is also shown that the second fluid behaves like a Newtonian fluid with its viscosity reduced through division by the factor 1 + (5M/2).

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Zusammenfassung In dieser Veröffentlichung wird die Stabilität von langen Wellen mit endlicher Amplitude in der Schicht einer Flüssigkeit zweiter Ordnung diskutiert, die längs einer geneigten Ebene abfließt. Es wird ein systematisches Entwicklungsverfahren nach einem Parameterµ angegeben, der das Verhältnis der ungestörten Schichtdicke zu einer repräsentativen Länge längs der Ebene beschreibt, und es werden Lösungen bis zur OrdnungO(µ ³) erhalten. Man findet, daß schwach nicht-lineare monochromatische Wellen für Weber-Zahlen der OrdnungO(µ ^–2) einem Gleichgewichtszustand zustreben. Die Gleichgewichtsamplitude nimmt mit wachsendem elastischem ParameterM zuerst zu, erreicht ein Maximum und fällt dann mitM wieder ab. Es wird schließlich noch gezeigt, daß sich die Flüssigkeit zweiter Ordnung wie eine newtonsche Flüssigkeit verhält, deren Viskosität jedoch durch Division durch einen Faktor 1 + (5M/2) reduziert ist.

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With 1 figure     

Die simultane Translations- und Rotationsbewegung einer Kugel in einer elastoviskosen Flüssigkeit

Zusammenfassung Es wird gezeigt, daß die Messung von Kraft und Moment bei der simultanen Translations- und Rotationsbewegung einer Kugel in einer allgemeinen inkompressiblen elastoviskosen Flüssigkeit die vollständige Bestimmung der Stoffkonstanten der rheologischen Zustandsgleichung bis zur dritten Ordnung ermöglicht. Diese Untersuchung, welche eine Verallgemeinerung des bekanntenStokesschen. Problems auf eine elastoviskose Flüssigkeit bedeutet, wird mit Hilfe eines Störungsverfahrens durchgeführt und bedient sich der Methode der vektoriellen Kugelfunktionen. Die Ergebnisse werden an Hand zweier Modellflüssigkeiten diskutiert. Die Beziehung zu Untersuchungen anderer Autoren wird aufgezeigt.

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Summary It is shown that measuring of the frictional force and couple in the simultaneous translational and rotational motion of a sphere in a general incompressible elastico-viscous fluid allows complete determination of the material constants of the rheological equation of state up to the third order. This investigation, which means a generalisation of the well knownStokes problem with respect to an elastico-viscous fluid, is executed by means of a perturbation method and uses vector spherical harmonics. The results are discussed in terms of two model fluids. Relations to papers by other authors are established.

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Vortrag, gehalten am 14. April 1963 auf der Rheologentagung in Bad Oeynhausen.

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Zum 100jährigen Jubiläum der Farbenfabriken Bayer AG.     

Flow enhancement mechanisms of a pulsating flow of non-Newtonian liquids

Summary The pipe flow of non-Newtonian liquids under a fluctuating pressure gradient is considered. Adopting a generalized Maxwell model with full relaxation spectrum and considering only weak-sense stationary pressure-gradient noises, it is shown that there are two mechanisms involved in the flow enhancement: an inelastic and a dynamic mechanism. Both depend on the shear-thinning properties of the liquid in steady and oscillatory flows. For one-frequency pressuregradient noises, the flow enhancement increases with increasing frequency of fluctuation if the modulus of the complex viscosity is a decreasing function of the frequency. Since almost all polymeric liquids are shear-thinning in oscillatory shear flows, this investigation serves as a possible explanation for the data collected byBarnes, Townsend andWalters (1971). This, however, does not necessarily ensure that the constitutive model adopted in this study is free of defect in a general flow field.

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Zusammenfassung Es wird die Rohrströmung einer nicht-newtonschen Flüssigkeit bei fluktuierendem Druckgefälle betrachtet. Für ein verallgemeinertes Maxwell-Modell mit beliebigem Relaxations-Spektrum wird bei Beschränkung auf kleine Schwankungen des Druckgradienten um einen stationären Mittelwert gezeigt, daß zwei Mechanismen zur Steigerung des Durchflusses beitragen, ein unelastischer und ein dynamischer Mechanismus. Beide hängen von den Scherentzähungs-Eigenschaften der Flüssigkeit bei stationären und oszillierenden Beanspruchungen ab. Für eine harmonisch-periodische Druckstörung nimmt die Durchflußsteigerung mit wachsender Schwankungsfrequenz zu, wenn der Betrag der komplexen Viskosität eine mit der Frequenz abnehmende Funktion darstellt. Da nahezu alle Polymerflüssigkeiten bei oszillierenden Scherströmungen Scherentzähung aufweisen, liefert diese Untersuchung eine mögliche Erklärung für die vonBarnes, Townsend undWalters (1971) zusammengestellten Ergebnisse. Dies bedeutet aber nicht notwendigerweise, daß das hier angenommene Modell auch für die Beschreibung allgemeinerer Strömungsfelder angemessen ist.

     

Die langsame Strömung einer einfachen viskoelastischen Flüssigkeit durch einen endlich breiten Spalt

Zusammenfassung Es wird die zweidimensionale schleichende Strömung einer einfachen viskoelastischen Flüssigkeit durch einen endlich breiten Spalt mit Hilfe einer Störungsrechnung untersucht. Dabei wird vorausgesetzt, daß die Relaxationslänge klein gegen die Spaltbreite ist.Für einige Werte der Strömungsparameter werden Ergebnisse für die Geschwindigkeitsverteilung im Spalt, den Stromlinienverlauf und die Reibungsspannungen graphisch dargestellt und diskutiert. Obwohl wegen der Beschränkung der Lösungsmethode die bei Experimenten beobachteten Zirkulationsströmungen nicht beschrieben werden können, zeigen die Ergebnisse, daß die Tendenz der Abweichung vom newtonschen Verhalten in die gleiche Richtung geht.

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Summary The two-dimensional creeping flow of a simple viscoelastic fluid through a finite gap located in an infinitely wide plate is analysed by using a perturbation method.Solutions for the streamline pattern, the velocity distribution in the gap and the stress components are derived and discussed. Because of the restrictions of the perturbation method no circular flow, as observed in some experiments, is predicted, but the results indicate at least some tendencies into this direction.

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Mit 8 Abbildungen     

Der Torsionsschwingungsdämpfer in einer Flüssigkeit zweiter Ordnung

Übersicht Es wird gezeigt, daß die optimale Dämpfung eines Dämpfers, dessen Dämpferflüssigkeit eine Flüssigkeit zweiter Ordnung ist, erheblich abweichen kann von der Dämpfung, die man unter Zugrundelegung einer Newtonschen Flüssigkeit berechnet. Es wird weiter gezeigt, daß durch geeignete Wahl konstruktiver Parameter eine frequenzunabhängige Abstimmung erzielt werden kann, die für alle Frequenzen die bestmögliche Dämpfung ergibt.

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Summary It is shown, that the optimal damping of a torsional damper using a second order fluid as damper liquid may differ substantially from the optimal damping computed on the basis of a Newtonian fluid. In addition one may achieve a frequency-independent tuning by proper selection of design parameters which gives the maximum damping for all frequencies.

     

The flow field of Newtonian fluids in cone and plate viscometers with small gap angles

Summary The flow of a Newtonian fluid in cone-plate viscometers is determined by solving the Navier-Stokes equations. It is shown in an order-of-magnitude analysis that the governing equations can be simplified and that the flow field can be split into two parts, if the angle between cone and plate is small. A closedform solution for the inner flow field is established through an iteration procedure. The zeroth-order solution in which the convective terms are neglected is inserted into the governing equations which then can be integrated again. The outer flow field is also described analytically. The solution satisfies the boundary condition of the vanishing radial velocity component at the free surface. The flow is described throughout the whole gap. Velocity components, pressure distributions, torque and normal force due to inertia are calculated. Pressure distributions and the maximum radial velocity are measured. The free surface boundary condition is experimentally examined.

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Zusammenfassung Es wird die Strömung einer newtonschen Flüssigkeit in Kegel-Platte-Rheometern beschrieben. In einer Größenordnungsabschätzung wird gezeigt, daß die beschreibenden Gleichungen vereinfacht werden können und daß das Strömungsfeld in zwei Teile aufgeteilt werden kann, wenn der Winkel zwischen Kegel und Platte klein ist. Eine geschlossene Lösung für den inneren Bereich wird durch eine Iteration erhalten. Die Lösung nullter Ordnung, in der die Konvektion vernachlässigt ist, wird in die beschreibenden Gleichungen eingesetzt, die dann nochmals integriert werden. Das äußere Strömungsfeld wird ebenfalls analytisch bestimmt. Die Lösung erfüllt die Randbedingung der verschwindenden Radialkomponente an der freien Flüssigkeitsoberfläche. Die Strömung wird im gesamten Scherspalt beschrieben. Geschwindigkeitskomponenten, Druckverteilung, Drehmoment und Normalkraft aufgrund von Trägheitskräften werden berechnet. Druckverteilungen und maximale Radialgeschwindigkeiten werden gemessen. Die Randbedingung an der freien Flüssigkeitsoberfläche wird experimentell untersucht.

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With 14 figures and 4 tables     

Zum Einfluß der Kompressibilität des Fluides bei sphärisch schwingenden Gasblasen in Flüssigkeiten

Übersicht Die von Herring und Trilling hergeleitete Differentialgleichung zur Beschreibung der Radialbewegung einer pulsierenden Gasblase in einer Flüssigkeit unter Berücksichtigung der Kompressibilität des Fluides wird ergänzt und numerisch gelöst. Die Ergebnisse werden mit dem bekannten RPNNP-Blasen-Modell, welches die Flüssigkeit als inkompressibel voraussetzt, verglichen. Die eigenen Rechnungen zeigen sehr gute Übereinstimmung mit den Experimenten von Lauterborn und Ebeling. Es zeigt sich, daß auch bei kleinen Radialgeschwindigkeiten der Blasenwand die Kompressibilität der Flüssigkeit eine wichtige Rolle spielt. Die Kollapszeit wird von beiden Modellen gut wiedergegeben.

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Summary The differential equation of the radial motion of a pulsating gas bubble in a liquid including the fluid compressibility given by Herring and Trilling is completed and solved numerically. The results are compared with the known incompressible RPNNP-bubble model. The own calculations are in a very good agreement with the experiments by Lauterborn and Ebeling. It shows that the fluid compressibility is very important at small radial velocities of the bubble wall, too. The time of collapse is good represented by both models

     

Unsteady flows of a third-order viscoelastic fluid

Summary Unsteady third-order viscoelastic flow is examined for the purpose of determining a method by which certain material constants in theRivlin-Ericksen theory can be measured. The concept of an intrinsic pressure hole error is used, and an expression for this error is derived for third-order flow. It is also shown that the velocity field for unsteady creeping motion of a third-order fluid is identical at any time to a corresponding steady third-order flow. The pressure field, however, depends upon the rate of change of the flow with time.

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Zusammenfassung Es wird die instationäre Strömung dritter Ordnung einer viskoelastischen Flüssigkeit untersucht zu dem Zweck, eine Methode anzugeben, mit deren Hilfe gewisse Stoffkonstanten in der Theorie vonRivlin undEricksen gemessen werden können. Dazu wird das Konzept des intrinsic pressure hole error verwendet, und es wird für diesen Fehler im Rahmen der Theorie dritter Ordnung ein Ausdruck abgeleitet. Weiter wird gezeigt, daß das Geschwindigkeitsfeld für die instationäre schleichende Strömung einer Flüssigkeit dritter Ordnung zu jeder Zeit mit der zugeordneten stationären Strömung dritter Ordnung identisch ist. Im Gegensatz dazu hängt das Druckfeld jedoch von der zeitlichen Änderung der Strömungsgeschwindigkeit ab.

     

The effect of a solid wall for the flow of dilute macromolecular solutions

Summary In the vicinity of a wall the behavior of the molecules of a fluid is not only influenced by neighboring molecules but also by the wall. For a macromolecular solution this implies that the constitutive equations cannot be employed in any finite system except for the calculation of average quantities if, in addition, one accounts for a velocity slip at the solid wall. For planeCouette flow of a dilute solution of flexible macromolecules idealized asHookean dumbbells the slip velocity,u _s , is evaluated under the assumption that the interaction between the solute molecules and the wall is a hard core repulsion. This furnishes a slip velocity in the direction of the flow so that the apparent viscosity goes down by increasing the ratio of the length of the molecules to the distance between the plates. Increasing the intrinsic viscosity and/or the concentration will enhance that effect.

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Zusammenfassung In der Nähe einer Wand wird das Verhalten der Moleküle einer Flüssigkeit nicht nur von Nachbarmolekülen, sondern auch von der Wand beeinflußt. Für eine makromolekulare Lösung bedeutet das, daß die rheologischen Stoffgleichungen in einem endlichen System nicht anwendbar sind. Zur Berechnung gemittelter Größen kann sie jedoch noch verwendet werden, vorausgesetzt, man zieht eine Geschwindigkeitsgleitung mit in die Betrachtung ein. Für die ebeneCouette-Strömung einer verdünnten Lösung flexibler Makromoleküle, die man durchHookesche Hanteln idealisiert, läßt sich die Gleitungsgeschwindigkeitu _s berechnen unter der Annahme, daß die Wechselwirkung mit der Wand rein abstoßend ist. Es zeigt sich, daß dies eine Gleitungsgeschwindigkeit in Strömungsrichtung nach sich zieht, so daß sich die scheinbare Viskosität der Strömung bei größer werdendem Verhältnis von Länge der Moleküle zum Plattenabstand erniedrigt. Eine Vergrößerung desStaudinger-Index und/oder der Konzentration vergrößert den Effekt.

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Paper presented at the Annual Conference of German Rheologists in Berlin, April 28–30, 1975.

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With 2 figures     

Hall effects on the oscillatory MHD flow through porous medium in a rotating fluid

Taking Hall currents into account the unsteady magnetohydrodynamical flow through a porous medium bounded by an infinite vertical limiting surface in a rotating frame of reference is theoretically investigated when a strong magnetic field is imposed in a plane which makes an angle a with the normal to the plate. The influence of Hall currents on the velocity and temperature distribution are shown graphically for various values of .

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Hall-Effekte in oszillierender magnetohydrodynamischer Strömung durch ein poröses Medium in einer rotierenden Flüssigkeit

Zusammenfassung Bei der Betrachtung von Hallströmen wird die unstetige magnetohydrodynamische Strömung durch ein poröses Medium, begrenzt durch eine unendlich lange senkrechte Fläche in einem rotierenden Rahmen, für den Fall theoretisch untersucht, daß ein starkes magnetisches Feld in einer Ebene, die den Winkel a mit der normalen auf die Fläche einschließt, angelegt wird. Der Einfluß der Hallströme auf die Geschwindigkeit und die Temperaturverteilung wird für verschiedene Werte von graphisch dargestellt. Wärme- und Stofflibertragung 23 (1988)

     

Flow of a viscoelastic fluid between eccentric cylinders

Summary An incompressible non-Newtonian fluid flows in the annular region between two eccentric circular cylinders under a uniform constant longitudinal pressure gradient. The flow is assumed to be sufficiently slow, so that the second-order Rivlin-Ericksen constitutive equation is applicable. The resultant forces exerted by the fluid on the cylinders are calculated.

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Zusammenfassung Eine inkompressible nicht-newtonsche Flüssigkeit fließt unter der Einwirkung eines gleichförmigen konstanten longitudinalen Druckgradienten durch einen von zwei exzentrischen Kreiszylindern begrenzten Ringspalt. Die Strömung wird als so langsam angenommen, daß das Stoffgesetz einer Rivlin-Ericksen-Flüssigkeit zweiter Ordnung angewandt werden kann. Die von der Flüssigkeit auf die beiden Zylinder ausgeübten resultierenden Kräfte werden berechnet.

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With 12 figures and 3 tables