Kennfelder für Schleppströmungspumpen zur Förderung nicht-newtonscher Flüssigkeiten

Zusammenfassung Ausgehend von den für ebene Schichtenströmungen gültigen Beziehungen wird gezeigt, wie man für ein Fluid mit beliebiger Fließfunktion die zur Auslegung einer Schleppströmungspumpe erforderlichen Kennfelder konstruieren kann, welche allgemeine Eigenschaften diese Kennfelder besitzen und wie sie bei speziellen Fluidmodellen aussehen. Es stellt sich dabei heraus, daß eine Parameterdarstellung zweckmäßig und bei beliebiger Form der Fließfunktion immer möglich ist, wobei ein dimensionsloses Maß für die Schubspannung an der feststehenden Wand die Rolle des Parameters spielt. Der Zusammenhang zwischen geeignet definierten dimensionslosen Größen, welche dem Druckanstieg, dem Volumenstrom und der Schleppgeschwindigkeit zugeordnet sind, läßt sich so stets in zwei leicht zu konstruierenden Diagrammen darstellen, denen explizite Formeln zugrunde liegen. Interessieren weitere Größen wie die von der Pumpe an das Fluid abgegebene Leistung oder der Pumpwirkungsgrad, so kommen entsprechend viele weitere Kennfelder hinzu. Ihre Handhabung bei der Lösung für die Praxis wichtiger Aufgaben erweist sich als denkbar einfach. Durch graphische oder numerische Elimination des Scharparameters aus je zwei der genannten Kennfelder bzw. den zugrunde liegenden Formeln können die Linien konstanter Schleppgeschwindigkeit, konstanter Schleppleistung und konstanten Wirkungsgrads im Druck-Durchsatz-Diagramm erzeugt werden. Dabei zeigt sich, daß die Kurvenschar konstanten Wirkungsgrads bei strukturviskosen und dilatanten Flüssigkeiten jeweils unverwechselbare Eigenschaften besitzt, die mit der Art der relativen Extrema des Pumpwirkungsgrads innerhalb der Zustände mit verschwindender Wandschubspannung zusammenhängen.

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Summary Starting from the equations which describe the steady shearing flow of a non-Newtonian fluid with arbitrary rate of shear function, the general properties of a pump with a fixed and a moving wall are discussed. It turns out that it is useful and possible for arbitrary rate of shear function to construct the pump characteristics by means of the shear stress on the fixed wall as a parameter. In this way the connection between the dimensionless pressure gradient, the dimensionless volume discharge per unit time and the dimensionless velocity of the moving wall can be represented in two diagrams for which explicit formulas exist. If one also is interested in the power added to the fluid and the efficiency of the pump, one has to construct two more diagrams on the basis of simple formulas with the aid of which it is easy to solve some important engineering problems. Eliminating from the figures the shear stress on the fixed wall, one obtains the pump characteristics for constant efficiency. These curves possess rather different properties for shear thinning and shear thickening fluids. The general results are demonstrated by means of some special fluid models in a series of diagrams.

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Mit 16 Abbildungen und 1 Tabelle