Strömungsmechanik thermoviskoser verallgemeinerter newtonscher Fluide

Kurzfassung

Diese Arbeit konzentriert sich auf eine bestimmte Klasse der nichtnewtonschen Fluide: Es sind die verallgemeinerten newtonschen Fluide, die strukturviskoses bzw. dilatantes Verhalten unter Scherlasten aufweisen. Diese Klasse der Fluide wird hier unter dem Aspekt des Wämeeintrages diskutiert. Nur wenn die Eigenschaften dieser nichtnewtonschen Fluide hinreichend bekannt sind, deren Modellierung verstanden ist und ihre Transporteigenschaften und das grundsätzlichen Verhalten bei ausgezeichneten Strömungsproblemen ausreichend beschrieben werden kann, lassen sich Möglichkeiten der gezielten Strömungsbeeinflussung, z.B. zur Verbesserung des Wärme- und Stofftransportes in Wärmetauschern industrieller Anwendungen, ableiten. Diese Arbeit setzt sich daher das Ziel, einen Einblick in für technische Anwendungen relevante Strömungsprobleme thermostrukturviskoser Fluide zu geben und einen aktuellen Stand der Forschung auf diesem Gebiet darzustellen. Hierbei wird sich auf die dezidierten Strömungsfälle konzentriert, die insbesondere dazu geeignet sind, die spezifischen Eigenschaften strukturviskoser oder dilatanter Fluide herauszustellen. Über die reinen Impulstransportprobleme hinaus werden insbesondere thermische Problemstellungen diskutiert, da die Auswirkungen des Wärmeeintrages auf das rheologische Verhalten bei nichtnewtonschen Fluiden häufig gravierender sind als bei newtonschen Fluiden. Da sogar die rheologischen Eigenschaften der meisten nichtnewtonschen Fluide nicht durch eine analytisch hergeleitete Funktion exakt beschrieben werden können, sind Modellierungsansätze erforderlich. Daher sind im Zielfeld dieser Arbeit gerade die Besonderheiten, die eine Modellierung der rheologischen Eigenschaften der betrachteten Fluide mit sich bringt, wobei sich bewusst in erster Linie auf verallgemeinerte newtonsche Fluide beschränkt wird, jedoch im Fortgang der Arbeit gezeigt wird, dass dieser Fluidmodellierungsansatz für bestimmte Problemstellungen an seine Grenzen stößt und daher gegebenenfalls auf Simulationsmodelle zurückgegriffen werden muss. Entsprechend dieser Zielsetzung gliedert sich diese Schrift in verschiedene Teilbereiche.