Ein- und Mehrphasenströmungen an der Technische Universität Wien

Dynamische Viskosität einer Flüssigkeit

1.  Tropfbare Flüssigkeiten
   * Viskosität nimmt ab
   * Moleküle haben geringen Abstand zueinander, es wirken intermolekulare WWK. Bei Scherung müssen diese überwunden werden. Steigt die Temperatur, so steigt die Amplitude der thermischen Bewegung und damit die Beweglichkeit der Moleküle --> Viskosität sinkt
   
   
2. Gase
   * Viskosität steigt
   * Moleküle haben großen Abstand zueinander. Makroskopisch betrachtete Schubspannung entspricht einem molekularem Impulsaustausch quer zur Srömungsrichtung. Impulsaustausch hauptsächlich durch Stöße zwischen den Molekülen bewirkt. Höhere Temperatur -> größere molekulare Geschwindigkeit -> besserer Impulsaustausch -> Viskosität steigt

Zufolge eines rein viskosen Fließgesetzes hängt der Spannungszustand nur von der momentanen Schergeschwindigkeit ab. Bsp.: Ostwald De Waele Fluid

Eine rheopexe Flüssigkeit ist beispielsweise nicht rein viskos, weil die Verformungsgeschwindigkeit zu früheren Zeiten einen Einfluss auf den Spannungszustand hat.

Isotropie ist die Unabhängigkeit einer Eigenschaft von der Richtung. Entgegengesetzt zu anisotropen Substanzen zeigen isotrope Substanzen keine Richtungsabhängigkeit physikalischer Eigenschaften (Härte, elektrische Leitfähigkeit, etc.)

• Fallkörperviskosimeter:
  Grundlage = Gesetz von Stokes. Die zu messende Flüssigkeit befindet sich in einem Messzylinder, in welchen eine Kugel fällt. Da sich bei einer von der Viskosität abhängigen Geschwindigkeit der Kugel ein Gleichgewicht zwischen Gravitationskraft, Auftrieb und Reibungskraft einstellt, sinkt die Kugel mit konstanter Geschwindigkeit zu Boden.
  
  
• Viskositäts-Messbecher (Fors Becher):
  Flüssigkeit wird in einen Becher gefüllt, der unten konisch ein Loch mit bekanntem Duchmesser hat. Aufgrund des Bechervolumens, des Düsendurchmessers und der gemessenen Dauer kann die Viskosität ermittelt werden.
  
  
• Kapillarviskosimeter:
  Messprinzip ist der Fluss der zu messenden Flüssigkeit durch ein dünnes Rohr. Ein festgelegtes Flüssigkeitsvolumen läuft bei gleichbleibendem Druck durch eine Kapillare und die benötigte Zeit wird gemessen.

Der Spannungszustand hängt nur von der momentanen Scherrate ab.

Kavitation ist das Entstehen von Hohlräumen in Flüssigkeiten, sowie das darauffolgende Zusammenstürzen dieser Hohlräume.

In der Strömung über eine Turbinenschaufel können z.B. im Gebiet niederen Drucks an der Profilvorderkante Blasen entstehen, die durch die Trägheit der umgebenden Flüssigkeit auch in einem Gebiet höheren Druckes vorerst weiterwachsen. Bei Stillstand des Wachstums ist der Druck in der Blase wesentlich niedriger als in der Außenströmung. Die Blase fällt anschließend rapide zusammen.

Durch Kavitation können Schäden entstehen. 

Das Zusammenstürtzen führt zu einem sehr hohen Druck im Inneren. Meist bleibt der Hohlraum aber nicht kugelförmig und ein Freistrahl mit sehr hoher Geschwindigkeit wird erzeugt.

In Flüssigkeitsströmungen kann der Druck leicht unter den Sättigungsdampfdruck fallen, es entstehen Dampfblasen. Steigt der Druck wieder, kollabieren diese Blasen und es entsthen hohe Drücke in Zentrum der Blasen.

Genauer: Rayleight-Plesset Gleichung (Skript 105 f.)

4*π*µ*U*R : Gilt genau für Re << 1

für Blasen weil µ(v) << µ

6*π*µ*U*R: Gilt ebenso für Re << 1 

Tropfen und Partikel, weil µ(v) >> µ

Weber-Zahl < 6