ISSN:
1435-1528
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Chemistry and Pharmacology
,
Physics
Description / Table of Contents:
Summary For some rheological measuring problems the application of a capillary rheometer is very convenient. It's relatively scarce use upto now mainly depends on following reasons: 1. The Hagen-Poiseuille-equation normally can not be applied to capillary rheometer data of non-Newtonian fluids. 2. It is difficult to eliminate the entrance- and exit effects of an unknown non-Newtonian fluid in pipe flow. 3. During the investigation of aggressive or sticking media the pressure- and flow transducers may be severely affected. To the first point a very simple evaluation procedure is proposed, which is published in full detail in Chemie-Ingenieur-Technik (4). Thereafter values of the flowcurve can be calculated from measured flowQ and pressure gradientp′, using the equations: $$\bar \dot \gamma = Q/R^3 {\mathbf{ }}and{\mathbf{ }}\tau = \frac{\pi }{8} \cdot p' \cdot R$$ . In context with point 2 a new capillary rheometer, which is based on the theory ofFredrickson, is presented. For the elimination of the mentioned end-effects the pressure difference between two capillaries of equal diameter and flow, but of different length is measured. The resulting pressure gradientp′ = Δp/ΔL only depends on pure fluid friction. The disadvantages of the hitherto used method (measuring the flow-characteristicsQ = f(Δp) in the short and long capillary one after another) are eliminated by this new rheometer. The pressure difference between the two measuring chambers is measured during simultaneous perfusion of both capillaries under the above mentioned conditions and thus is not disturbed by end-effects — except of eventually different jet expansions. The third disadvantage (point 3) of capillary viscometers is eliminated by measuring the pressure in the drive fluid and not in the test substance itself. Both fluids are separated by a thin flexible membrane. Further advantages of the capillary rheometer are: 1. The flow-rateQ is fixed by the apparatus and therefore is not to be measured. 2. No complicated cleaning work is necessary since the membranes are disposable. 3. The measuring apparatus has very good reproducibility. 4. Time for measurement and evaluation is minimal.
Notes:
Zusammenfassung Für die Lösung einiger rheologischer Meßprobleme bietet sich das Rohrrheometer an. Wenn es bisher noch nicht in dem Maße eingesetzt wurde, wie es seinen Möglichkeiten entspricht, so hat das hauptsächlich drei Gründe: 1. Für nicht-Newtonsche Flüssigkeiten darf die einfache Auswertung nachHagen-Poiseuille nicht angewendet werden. 2. Für nicht-Newtonsche Flüssigkeiten war bisher die Eliminierung der Endeffekte sehr aufwendig und ungenau. 3. Aggressive oder zur Verklebung neigende Meßsubstanzen konnten die Funktionstüchtigkeit der Meßgeräte (Druck- und Durchflußmeßgeräte) beeinträchtigen. Zum 1. Punkt wurde auf ein sehr einfaches Auswertungsverfahren hingewiesen, das kürzlich in der Chemie-Ingenieur-Technik (4) erschienen ist. Danach lassen sich aus gemessenem DurchflußQ und Druckgradientp′ mit $$\bar \dot \gamma$$ =Q/R 3 und $$\bar \tau = \frac{\pi }{8}p'{\mathbf{ }}R$$ Punkte der Fließkurve berechnen. Zum 2. Punkt wurde ein neues Rohrrheometer vorgestellt. Es baut auf der Theorie vonFredrickson auf, wonach die Endeffekte sich dadurch eliminieren lassen, daß man für zwei Rohre gleichen Durchmessers, jedoch unterschiedlicher Länge bei gleichem DurchflußQ die zugehörige Druckdifferenz bestimmt. Der so ermittelte Druckgradientp′ = Δp/ΔL beruht ausschließlich auf der inneren Reibung der Flüssigkeit. Das bisherige Verfahren, bei dem nacheinander für das kurze und das lange Rohr die DurchflußcharakteristikenQ = F(Δp) gemessen werden, hat eine Reihe von Nachteilen, die bei Verwendung des neuen Rheometers vermieden werden. Durch gleichzeitige Beaufschlagung zweier Rohre gleichen Durchmessers, jedoch unterschiedlicher Rohrlänge mit dem gleichen DurchflußQ wird der zwischen den beiden Meßkammern sich ausbildende Differenzdruck — abgesehen von einer eventuell unterschiedlichen Strahlaufweitung — nicht durch Endeffekte verfälscht und kann daher zur Auswertung in der eben genannten Weise herangezogen werden. Dem 3. Punkt (also der Verklebungs- bzw. Korrosionsgefahr der Meßgeräte) wurde bei der Konstruktion des vorgestellten Rheometers dadurch Rechnung getragen, daß der Druck nicht in der zu untersuchenden Substanz, sondern in einer — von ihr durch eine Membran getrennten — Antriebsflüssigkeit gemessen wird. Weitere Vorteile des Rohrrheometers sind: 1. Der DurchflußQ liegt apparativ fest und muß daher nicht gemessen werden. 2. Umständliche Reinigungsarbeiten entfallen, da die Membranen nach der Messung ausgetauscht werden können. 3. Gute Reproduzierbarkeit der Messungen. 4. Geringer Zeitaufwand für Messung und Auswertung.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF01515962
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