Über die Turbulenz in gerührten newtonschen und nicht-newtonschen Fluiden:
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| Published: |
München
Utz, Wiss.
1997
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| Series: | Verfahrenstechnik
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INHALTSVERZEICHNIS
SEITE
1.
EINLEITUNG
UND
ZIELSETZUNG
1
2.
STAND
DES
WISSENS
3
2.1
TURBULENZ
IN
NEWTONSCHEN
FLUIDEN
7
2.1.1
KLASSISCHE
BESCHREIBUNG
DER
TURBULENZ
8
2.1
1.1
TURBULENTE
ENERGIEDISSIPATIONSRATE
10
2.1.1.2
DAS
MAKROMASS
DER
TURBULENZ
A,
13
2.1.2
DIE
FRAKTALE
GEOMETRIE
17
2.1.2
1
GRUNDBEGRIFFE
DER
FRAKTALEN
GEOMETRIE
17
2.1.2.2
BEISPIELE
FRAKTALER
STRUKTUREN
19
2.1.2.3
FRAKTALE
ASPEKTE
DER
TURBULENZ
21
2.1.2.4
DAS
SS-MODELL
22
2.2
TURBULENZ
IN
NICHT-NEWTONSCHEN
FLUIDEN
24
2.2.1
ZUR
RHEOLOGIE
STRUKTURVISKOSER
UND
VISKOELASTISCHER
FLUIDE
24
2.2.1.1
SCHUBSPANNUNGSEFFEKTE
24
2.2.1.2
NORMALSPANNUNGSUEBERTRAGUNG
28
2.2.2
DAS
KONZEPT
DER
REPRAESENTATIVEN
VISKOSITAET
UND
LEISTUNGSEINTRAG
IN
RUEHRKESSELN
32
2.2.3
ERKENNTNISSE
UEBER
TURBULENZ
IN
NICHT-NEWTONSCHEN
FLUIDEN
35
2.3
ZU
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEIT
UND
SPEZIFISCHEN
ENERGIEDISSIPATIONS
RATEN
IN
TURBULENT
GERUEHRTEN
FLUIDEN
37
2.3.1
TURBULENT
GERUEHRTE
NEWTONSCHE
FLUIDE
37
2.3.1.1
NORMIERBARKEIT
DER
LOKALEN
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEIT
U'
10K
37
2.3.1.2
DIE
MITTLERE
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEIT
UE
'
37
2.3.1.3
DIE
MAXIMALE
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEIT
U'YYYY
38
2.3.1.4
DIE
LOKALE
SPEZIFISCHE
ENERGIEDISSIPATIONSRATE
(LEISTUNG)
E
LL)K
39
2.3.2
TURBULENT
GERUEHRTE
NICHT-NEWTONSCHE
FLUIDE
41
2.3.2.1
NORMIERBARKEIT
DER
LOKALEN
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEIT
U'
LOKJ1
YY
41
2.3
2.2
DIE
MITTLERE
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEIT
UE
42
2.3.2.3
DIE
MAXIMALE
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEIT
U'
M
,
XRUI
44
23.2.4
DIE
LOKALE
SPEZIFISCHE
ENERGIEDISSIPATIONSRATE
E
LOKNN
45
3.
THEORIEBILDUNG
47
3.1
ERKENNTNISTHEORETISCHE
BETRACHTUNG
ZUM
BEGRIFF
"THEORIE"
47
3.2
THEORIEBILDUNG
FUER
NEWTONSCHE
UND
NICHT-NEWTONSCHE
FLUIDE
(4-ZEILEN-MODELL)
49
3.2.1
GRUNDSAETZLICHE
ASPEKTE
ZUR
MODELLIERUNG
DER
TURBULENZ
49
3.2.2
GEOMETRISCHE
VORSTELLUNGEN
ZUR
TURBULENZSTRUKTUR
50
3.2.3
DAS
FRAKTALE
ENERGIESPEKTRUM
53
3.2.4
LOKALE
ENERGIEDISSIPATIONSRATEN
FUER
NEWTONSCHE
FLUIDE
54
3.2.4.1
DAS
FRAKTALE
ENERGIESPEKTRUM
E/K)
FUER
NEWTONSCHE
FLUIDE
54
3.2.4.2
MODEL!
ZUR
BERECHNUNG
DER
SPEZIFISCHEN
ENERGIEDISSIPATIONSRATE
E
56
3.2.4.3
DAS
MAKROMASS
DER
TURBULENZ
\
FUER
NEWTONSCHE
FLUIDE
58
3.2.4.4
DIE
MITTLERE
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEIT
UE
'
NACH
DEM
NEUEN
MODELL
60
3.2.4.5
DIE
MAXIMALE
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEIT
U'
M
YY
60
3.2.5
LOKALE
ENERGIEDISSIPATIONSRATEN
FUER
NICHT-NEWTONSCHE
FLUIDE
62
3.2.5.1
DAS
FRAKTALE
ENERGIESPEKTRUM
E,(K)
FUER
NICHT-NEWTONSCHE
FLUIDE
62
3.2.5.1.1
MODELLIERUNG
DER
FRAKTALEN
DIMENSION
DYYYY
62
3.2.5.1.2
MODELLIERUNG
DER
KONSTANTEN
A
M
IM
FRAKTALEN
ENERGIESPEKTRUM
E,(K)
63
3.2.5.2
MODELL
ZUR
BERECHNUNG
DER
SPEZIFISCHEN
ENERGIEDISSIPATIONSRATE
E
RA
FUER
NICHT-NEWTONSCHE
FLUIDE
64
3.2.5.3
DAS
MAKROMASS
DER
TURBULENZ
FUER
NICHT-NEWTONSCHE
FLUIDE
66
3.2.5.4
DIE
MITTLERE
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEIT
UE
NACH
DEM
NEUEN
MODELL
67
3.2.5.5
DIE
MAXIMALE
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEIT
U'
M XNN
69
3.3
MOEGLICHKEITEN
UND
GRENZEN
DES
MODELLS
70
3.3.1
MOEGLICHKEITEN
DES
MODELLS
70
3.3.1.1
VERHAELTNIS
DER
MITTLEREN
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEIT
UE
'
M
/
UE
'
70
3.3.1.2
VERHAELTNIS
DER
MITTLEREN
MAKROMASSE
/
X,
71
3.3.2
GRENZEN
DES
MODELLS
72
4.
VERSUCHSAUFBAU
UND
DURCHFUEHRUNG
74
4.1
MESSUNG
DER
MECHANISCHEN
WELLENLEISTUNG
74
4.2
LASER-DOPPLER-ANEMOMETRIE-ANLAGE
75
4.2.1
VERSUCHSANLAGE
76
4.2.2
MESSDATENERFASSUNG
UND
AUSWERTUNG
79
4.3
DAS
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEITSMESSSYSTEM
SIMD
82
4.4
EINSCHRAENKUNGEN
UND
BESONDERHEITEN
DER
GESCHWINDIGKEITSMESSSYSTEME
84
4.4.1
LASER-DOPPLER-ANEMOMETRIE
84
4.4.2
SIMD-SONDEN
SYSTEM
84
4.5
VERWENDETE
VERSUCHSBEHAELTER
85
4.5.1
VERSUCHSBEHAELTER
DER
LDA-ANLAGE
85
4.5.2
VERSUCHSBEHAELTER
FUER
SIMD-SONDENSYSTEM
87
4.6
DIE
VERWENDETEN
RUEHRORGANE
89
4.6.1
RUEHRORGANE
BEI
LDA-MESSUNGEN
89
4.6.2
VERWENDETE
RUEHRORGANE
IM
GROSSEN
HALBTECHNISCHEN
RUEHRKESSEL
91
4.7
VERWENDETE
POLYMERLOESUNGEN
92
4.7.1
DAS
POLYMER
POLYACRYLAMID
92
4.7.2
DAS
POLYMER
NATROSOL
93
4.7.3
W
ASSER-GLYZERIN-PAA-LOESUNGEN
93
4.7.4
CHARAKTERISTISCHE
DATEN
DER
VERWENDETEN
FLUIDE
93
5.
EXPERIMENTELLE
ERGEBNISSE
99
5.1
UEBERPRUEFUNG
DER
RHEOLOGISCHEN
DATEN
99
5.2
EXPERIMENTELLE
DATEN
AUS
RUEHRKESSELN
101
5.2.1
ERMITTELTE
NEWTON-ZAHLEN
101
5.2.2
MESSERGEBNISSE
FUER
NEWTONSCHE
FLUIDE
107
5.2.2.1
MITTELGESCHWINDIGKEITEN
UE
UND
DARSTELLUNG
DER
GROSSRAUMSTROEMUNG
107
5.2.2.2
VERTEILUNG
DER
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEIT
U'
110
5.2.2.3
GEMESSENE
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEITEN
U'
LOK
UND
LOKALE
ISOTROPIE
113
5.2.2.4
DIE
MITTLERE
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEIT
UE'
115
5.2.2.5
DIE
MAXIMALE
BEZOGENE
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEIT
U'
MLX
/
117
5
2.2.6
BERECHNETE
MITTLERE
UND
LOKALE
SPEZIFISCHE
LEISTUNGEN
E
UND
E
LOK
119
5.2.2.7
LITERATURANGABEN
UEBER
MITTLERE
UND
LOKALE
SPEZIFISCHE
LEISTUNGEN
E
UND
E
LOK
SOWIE
MITTLERE
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEITEN
UE
'
IN
RUEHRKESSELN
122
5.2.2.8
LITERATURANGABEN
UEBER
LOKALE
MAKROMASSE
DER
TURBULENZ
AF
IN
RUEHRKESSELN
125
5.2.2.9
ENERGIESPEKTREN
E,(K)
FUER
RUEHRKESSELSTROEMUNGEN
AUS
LITERATURQUELLEN
126
5.2.3
MESSERGEBNISSE
FUER
NICHT-NEWTONSCHE
FLUIDE
129
5.2
3.1
MITTELGESCHWINDIGKEITEN
UEYYYY
UND
DARSTELLUNG
DER
GROSSRAUMSTROEMUNG
129
5.2.3
2
VERTEILUNG
DER
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEIT
U'
131
5.2.3.3
GEMESSENE
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEITEN
U'|
0KJLN
UND
LOKALE
ISOTROPIE
133
5
2
3
4
DIE
MITTLERE
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEIT
UE
136
5.2.3
5
DIE
MAXIMALE
BEZOGENE
SCHWANKUNGSGESCHWINDIGKEIT
U'
MAXJM
/
U,
LP
137
5.2.3.6
BERECHNETE
MITTLERE
UND
LOKALE
SPEZIFISCHE
LEISTUNGEN
UND
138
5.2.3.7
EINDIMENSIONALE
ENERGIESPEKTREN
E,(K)
FUER
NICHT-NEWTONSCHE
FLUIDE
IM
RUEHRKESSEL
140
5.3
ANWENDUNG
DES
MODELLS
AUF
ANDERE
TURBULENTE
NEWTONSCHE
SYSTEME
143
5.3.1
GITTERTURBULENZ
IM
WINDKANAL
143
5.3.2
STROEMUNG
DURCH
GEZEITENWECHSEL
IN
EINER
MEERENGE
145
5.4
ANWENDUNG
DES
MODELLS
AUF
ANDERE
TURBULENTE
NICHT-NEWTONSCHE
SYSTEME
146
5.4.1
GITTERTURBULENZ
IN
EINEM
KANAL
146
5.4.2
STROEMUNG
IN
EINEM
RECHTECKKANAL
148
6.
BEISPIEL
EINER
ANWENDUNG
DES
NEUEN
TURBULENZMODELLS
150
6.1
DISPERGIEREN
IN
EINEM
NEWTONSCHEN
TRAEGERFLUID
150
6.1.1
ERWEITERUNG
DER
KLASSISCHEN
BESCHREIBUNG
150
6.1.2
FRAKTALE
BESCHREIBUNG
153
6.1.2.1
DER
KOLMOGOROV-ZEITMASSSTAB
T
KOTO
155
6.1.2.2
DIE
DISPERGIERZEIT
T
DLSP
156
6.2
DISPERGIEREN
IN
NICHT-NEWTONSCHEN
TRAEGERFLUIDEN
160
7.
ZUSAMMENFASSUNG
164
SYMBOLVERZEICHNIS
165
LITERATURVERZEICHNIS
169
ANHANG
A
DARSTELLUNG
EINER
HERLEITUNGSMOEGLICHKEIT
DER
NEWTON-ZAHL
POTENZ
IN
GL.(3-15)
ANHANG
B
TABELLARISCHE
ZUSAMMENSTELLUNG
DER
VERWENDETEN
EXPERIMENTELLEN
DATEN
UND
DER
ERGEBNISSE
DER
MODELLRECHNUNG
(EIGENE
DATEN
UND
LITERATURDATEN)
ANHANG
C
WERTEANGABEN
ZU
DATENSAETZEN
MIT
AUS
NUMERISCHER
INTEGRATION
DES
ENERGIESPEKTRUMS
ERMITTELTEM
U' |
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