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Der Weissenberg-Effekt (Flüssigkeiten)

1947
  • Karl Weissenberg
Ein Forscher demonstriert den Weissenberg-Effekt mit einer viskoelastischen Flüssigkeit in einem Labor.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Der Weissenberg-Effekt ist ein Phänomen in viskoelastischen Flüssigkeiten, bei dem die Flüssigkeit an einem rotierenden Stab, der in sie eingeführt ist, nach oben steigt. Dies steht im Gegensatz zum Verhalten Newtonscher Flüssigkeiten, die von der Strömung nach außen gedrückt werden. ZentrifugalkraftDadurch entsteht ein Wirbel. Dieser Effekt wird durch normale Stress Unterschiede, die sich in der Flüssigkeit unter Scherung entwickeln.

Der Weissenberg-Effekt ist eine direkte Folge der elastischen Eigenschaften bestimmter Materialien. nicht-Newtonsch Flüssigkeiten. Wird eine einfache Flüssigkeit wie Wasser zwischen einem rotierenden Stab und einem ruhenden Behälter geschert, werden die Flüssigkeitselemente in Strömungsrichtung (tangentialer Richtung) gedehnt. Bei einer rein viskosen Newtonschen Flüssigkeit führt dies zu … shear stress Es entsteht jedoch keine Spannung senkrecht (normal) zur Scherebene. In einer viskoelastischen Flüssigkeit, wie beispielsweise einer Polymerlösung, widerstehen die langen Polymerketten dieser Dehnung und erzeugen so eine elastische Spannung entlang der gekrümmten Stromlinien, ähnlich wie bei gedehnten Gummibändern.

Diese Spannung erzeugt eine Umfangsspannung, die nach innen, zum Rotationszentrum hin, wirkt. Diese nach innen gerichtete Kraft erzeugt einen Druckgradienten, der die Flüssigkeit entlang des rotierenden Stabes nach oben drückt – dem Weg des geringsten Widerstands. Die Stärke dieses Effekts hängt mit der ersten Normalspannungsdifferenz, [latex]N_1 = tau_{ hetatheta} – tau_{rr}[/latex], zusammen, einem Schlüsselparameter der Rheologie, der die Elastizität der Flüssigkeit quantifiziert. Der Weissenberg-Effekt ist eine eindrucksvolle visuelle Demonstration der Flüssigkeitselastizität und ein grundlegendes Konzept in der Untersuchung von Polymerschmelzen und -lösungen.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mechanik

Typ

Physikalisches Phänomen

Störung

Wesentliche

Verwendung

Nische/Spezialisiert

Vorläufer

  • Entwicklung der Theorie der Viskoelastizität
  • Untersuchungen an Polymerlösungen und deren ungewöhnlichem Fließverhalten
  • Erfindung des Kegel-Platte-Rheometers durch Weissenberg, das die Messung von Normalspannungen ermöglichte

Anwendungen

  • Charakterisierung der viskoelastischen Eigenschaften von Polymeren in Rheometern
  • Auslegung von Mischern für viskoelastische Materialien wie Brotteig oder Polymerschmelzen
  • Verständnis von Strömungsinstabilitäten bei der Polymerverarbeitung
  • Unterstützung bei der Konstruktion von Pumpen für nicht-newtonsche Flüssigkeiten

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • selbstzentrierende Lager mit viskoelastischen Schmiermitteln
  • Pumpenlose Flüssigkeitstransportsysteme, die durch rotierende Oberflächen angetrieben werden
  • neuartige Mischgeräte, die durch das Klettern von Stangen die vertikale Mischung verbessern
  • Sensoren zur Erfassung der Polymerkonzentration anhand der Steighöhe
  • künstlerische Installationen mit dynamischen, fließenden Skulpturen
  • Zentrifugalabscheider, die Normalspannungen ausnutzen, um Partikel zu trennen
  • Soft-Robotik-Aktuatoren basierend auf kontrollierten Normalspannungseffekten
  • Bohrlochwerkzeuge zur Ölförderung, die den Effekt zur Steuerung des Flüssigkeitsflusses nutzen
Verwandte Themen: Weissenberg-Effekt, Stabklettern, Viskoelastizität, Normalspannung, Rheologie, Polymerschmelzen, nicht-newtonsches Verhalten, Umfangsspannung.

Historischer Kontext

Der Weissenberg-Effekt (Flüssigkeiten)

1933
1937
1940
1947
1950
1950
1950
1932
1936-01-01
1938
1940
1950
1950
1950
1950

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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