Rhe 01 Physikalische Grundlagen und Materialfunktionen

Wiederholungsfragen

• Nennen Sie mindestens 4 Einflussfaktoren auf die Viskosität. Welche davon spielen bei newtonischen Flüssigkeiten eine besondere Rolle?

(1)

\begin{align} \eta = f(\dot{\gamma}, T, p, S, t) \end{align}

1. Scherrate
2. Temperatur
3. Druck
4. physikalische-chemische Beschaffenheit
5. Zeit
Bei einer newtonischen Flüssigkeit ist die Viskosität konstant, d.h. bei Änderung der Scherrate verändert sich die Schubspannung dazu linear. Vorraussetzung ist eine konstante Temperatur. Damit ist das Gesetz von Newton ein Spezialfall des allgemeinen Fließgesetzes.

• Zeichnen Sie die Fließ- und die Viskositätskurve für newtonsche und nichtnewtonsche Fluide. Erklären Sie anhand der Zeichnung die Begriffe scherverdünnend, scherverdickend und viskoplastisch. Berücksichtigen Sie dabei auch den Fall von Substanzen mit Fließgrenze.

• Nennen Sie zwei empirische Fließgesetze und ihre Anwendungsbereiche (Modellfluide)

1. Ostwald/de Waele-Modell (Potenz-Gesetz)

(2)

\begin{align} \eta = \kappa \dot{\gamma}^{n-1} \end{align}

Messung über mehrere Dekaden, um sehr große Schrraten darstellen zu können.

2. Cross-Modell

(3)

\begin{align} \eta = \eta_\infty + \frac{n_0 - n_\infty}{1 + (\kappa \dot{\gamma})^m} \end{align}

Es sind zwei quasi-newtonsche Bereiche zu erkennen: Null- oder Anfangsviskosität und die End- oder Unendlichviskosität
3. Vereinfachtes Cross-Modell

(4)

\begin{align} \eta = \frac{\eta_0}{1 + (\kappa \dot{\gamma})^m} \end{align}

Wenn die Scherrate sehr klein ist, dann ist die Viskosität gleich der Anfangsviskosität. Bei sehr hohen Schrraten verhält sich die Viskosität wie im Potenzgesetz.

4. Sisko-Modell

(5)

\begin{align} \eta = \kappa \dot{\gamma}^{n-1} + \eta_\infty \end{align}

Bei sehr kleinen Scherraten verhält sich die Viskosität wie beim Potenzgesetz, aber bei sehr großen Raten nähert sie sich der Endviskosität an.

5. Bingham-Modell

(6)

\begin{align} \tau = \tau_f + \eta_\infty \dot{\gamma} \end{align}

Bei Flüssigkeiten mit Fließgrenze.

6. Herschel/Bulkley-Modell

(7)

\begin{align} \tau = \tau_f + \kappa \dot{\gamma}^n \end{align}

Bei Flüssigkeiten mit Fließgrenze.