Experimentelle und numerische Untersuchungen eines modifizierten Propeller-Viskosimeters zur Bestimmung der Fließeigenschaften nicht-Newtonscher Medien mit inhomogenem Charakter

  • Zur Auslegung von Rührwerken der Biogasapplikationen sind rheologische Kenntnisse über das zu rührende Medium von großer Bedeutung. Diese Kenntnisse sind jedoch meist nicht vorhanden. Eine Bestimmung der rheologischen Größen dieser Medien mit konventionellen Verfahren ist in der Regel nicht möglich. Herkömmliche Verfahren nutzen zur Bestimmung der rheologischen Größen oft eine Auswertung des laminaren Geschwindigkeitsprofils in einem bekannten Spalt aus. In diesem Spalt kann es infolge der großen Anzahl an Festkörpern zu Misch- und Festkörperreibung kommen, die das Messergebnis verfälschen, oder die Messung unmöglich machen. Diese Arbeit hat zum Ziel ein Verfahren zu entwickeln, das die Bestimmung der Fließkurve von inhomogenen, nicht-Newtonschen Medien ermöglicht. Hierzu wird der Leistungsbedarf eines Rührwerks untersucht und mit Hilfe des Verfahrens von Rieger und Novak eine Viskositätskurve in Abhängigkeit der Rührerdrehzahl gebildet. Mit dem Verfahren von Metzner und Otto kann anschließend auf die scheinbare Viskosität eines Mediums geschlossen werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird gezeigt, dass das Verfahren nach Metzner und Otto von dem zu rührenden nicht-Newtonschen Fluid beeinflusst wird. Weiterhin konnte der konstante Charakter der Metzner-Otto Größe nicht bestätigt werden. Daher wird ein alternatives Verfahren entwickelt und vorgestellt. Im Verlauf der Arbeit wird ein Propellerviskosimeter entwickelt und kalibriert. Die nötigen Kalibrierungsschritte werden erläutert und vorgeführt. Neben der experimentelle Versuchsdurchführung erfolgt dies mit numerischen Methoden. Weiterhin wird ein exemplarischer Messvorgang mit einer Realsubstratprobe durchgeführt.
  • The development of mixers, used in biogas applications, requires the knowledge of the rheological properties of the mixed fluids. As the rheological behavior is usually unknown, it has to be measured for each substance. Most of the various measurement methods in use estimate the rheological parameters by analyzing the flow conditions in a small gap. The inhomogeneous character of the fluids will cause mixed- or solid body friction, so the results of the measurements are not exact or the measuring procedure is actually not possible. In this assignment, a method will be developed to estimate the functions of shear stress and shear viscosity for inhomogeneous and non-Newtonian fluids. The power requirement of a mixer will be analyzed to determine the viscosity of the fluid. The resulting values depend on the shaft speed of the mixer. To transform the speed of the shaft into shear rates, the concept of Metzner and Otto will be used. Finally the apparent viscosity can be calculated. In this work, it will be demonstrated that the concept of Metzner and Otto is not appropriate to determine the viscosity, because the concept predicts a constant value in the laminar flow regime. It will be shown, that the constant value depends on the fluid as well as on the Reynolds Number. For this reason a new procedure will be established. In the range of this assignment, a propeller-viscosimeter will be designed and calibrated. The necessary procedure will be explained and demonstrated. Furthermore the results of the experiments will be compared with numerical methods. Finally a measurement procedure of a sample will show the usability of the developed procedure.

Export metadata

  • Export Bibtex
  • Export RIS

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author:Thomas Reviol
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-25560
Advisor:Martin Böhle
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Year of Completion:2010
Year of Publication:2010
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2010/10/11
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Cassification:620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten

$Rev: 12793 $