Rheologie

Begleitende Dokumente:

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Studiengang
  • Masterstudiengang Verfahrenstechnik,
  • Masterstudiengang Biosystemtechnik
Modul:
Ziele des Moduls (Kompetenzen):

Die Mehrzahl aller fluiden Stoffe mit denen wir umgeben sind, weisen nicht-Newtonsche Eigenschaften auf (Pharmazie- und Medizintechnik, Kosmetikindustrie, Lebensmittelindustrie, Petrochemie, Baustoffindustrie, Keramikindustrie, Farbindustrie, Polymerherstellung...). Das Fließverhalten dieser Stoffe spielt in der Produktions- und Anwendungstechnik, der Qualitätssicherung, der Materialforschung und -entwicklung eine zentrale Rolle. Mit der Vorstellung rheologischer Phänomene beginnend, werden die physikalischen Eigenschaften wie Viskosität, Elastizität und Plastizität erläutert. Daran schließt sich eine Einteilung und die mathematische Beschreibung der rheologischen Zustandsgleichungen der Medien an. Einfache laminare rheologische Strömungen werden zuerst behandelt, bevor turbulente Eigenschaften diskutiert werden.

Aktuelle Messmethoden und abgeleitete Modelle bilden einen Schwerpunkt der Vorlesung. Nach der Teilnahme an diesem Modul beherrschen die Studenten alle grundsätzlichen Konzepte, die für die Beschreibung komplexer Fluide notwendig sind. Sie kennen die charakteristischen Eigenschaften nicht-Newtonscher Fluide sowie ihre volkswirtschaftliche Bedeutung und die wichtigsten Einsatzgebiete. Sie sind in der Lage, komplexe Stoffverhalten zu identifizieren, charakterisieren, interpretieren und in theoretische/numerische Modelle einfließen zu lassen. Teilnehmer werden außerdem durch praktische Übungen in die Lage versetzt, Versuche mit Rheometern durchzuführen und die Ergebnisse zu interpretieren.

Inhalt
  • Grundlagen der Rheologie, Teilgebiete, rheologische Phänomene (Begriffe und Definitionen, Verhalten bei angelegter Spannung, elastische Körper und viskose Körper)
  • Physikalische Grundlagen, Erhaltungssätze
  • Einfache Deformationsformen
  • Rheologische Messprinzipien, Geräte und Methoden (stationäre Methoden, instationäre Methoden, Rheometertypen, Messung anderer rheologischer Parameter)
  • Klassifizierung. Ideale Körper: Newtonsche, Hookesche, St.-Venant-Körper; Nicht- Newtonsche zähe Flüssigkeiten: rheostabile, -dynamische, vikoelastische Flüssigkeiten.
  • Methoden zur Aufstellung der Fließfunktion (Approximation der Fließkurve, halbtheoretische Ansätze, molekularkinetische Ansätze, mechanische Modelle)
  • Einfluss von Temperatur, Druck, Zusammensetzung
  • Ingenieurtechnische Anwendungen (Spaltströmung, Rohrströmung, Ringspaltströmung, Breitschlitz-Düse; Rührwerksauslegung, Extruderauslegung)
  • Rheologie biologischer und biomedizinischer Fluide
Lehrformen:

V.: 2 SWS; Ü.: 1 SWS

Voraussetzung für die Teilnahme:
  • Strömungsmechanik, Thermodynamik, Mechanik
Arbeitsaufwand: 3 SWS
  • Präsenzzeit: 42 Stunden,
  • Selbststudium: 48 Stunden
Leistungsnachweise | Prüfung | Credits:
  • (-) | mündlich |4 CP
Modulverantwortlicher:
  • Prof. Dr.-Ing. D. Thévenin
Literaturhinweise:

 

 

Letzte Änderung: 10.03.2020 - Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. habil. Dominique Thevenin