Untersuchung der Bildung, des Wachstums und der Bewegung von Tropfen aus komplexen Flüssigkeiten

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde das Verhalten von Polymerlösungen unter dem Einfluss von Dehnungsströmungen bei der Bildung, dem Wachstum und der Bewegung von Tropfen untersucht. Es wurde ein Zusammenhang in Form eines Skalengesetzes zwischen dem ersten Normalspannungskoeffizienten, den man aus Schermessungen (Rheometer) erhält, und der Relaxationszeit, die in Dehnungsmessungen (CaBER) bestimmt wird, gefunden; dieser Zusammenhang konnte mit einem einfachen Modell nachgewiesen werden. Für die Tropfen, die auf dem Filament einer Polymerlösung im Verlauf des Ausdünnens entstehen, konnte gezeigt werden, dass es sehr wohl Unterschiede bei deren Bildung und Wachstum gibt. Hierfür wurden verschiedene Mechanismen postuliert. Weiterhin wurde das Strömungsprofil in einem sich verjüngenden Filament visualisiert und charakterisiert. Dabei hat sich gezeigt, dass sich das Profil im Laufe der Zeit qualitativ ändert, aber am Ende der Messung dem einer Dehnungsströmung entspricht. Darüber hinaus wurde das Verhalten von kleinen Tropfen, die in Kontakt mit ruhenden und bewegten flüssigen Oberflächen gebracht werden, analysiert. Es zeigte sich ein signifikanter Unterschied zwischen Newtonschen und nicht-Newtonschen Flüssigkeiten.

In the present work, the behaviour of polymer solutions was investigated in elongational flows at the formation, the growth and the movement of drops. A relationship in terms of a scaling law between the first normal stress difference received from shear measurements (rheometer) and the relaxation time determined by elongational measurements (CaBER) was found; this relationship could be proved by a simple model. For the droplets emerging from the filament of a polymer solution during thinning differences in formation and growth could be shown. For this, different mechanisms were postulated. Moreover, the flow profile in a thinning filament was visualized and characterized. Here, it was shown that the profile qualitatively changes in the course of time but at the end of measurement, it corresponds to that of an elongational flow. Furthermore the behaviour of small droplets which are brought into contact with stationary and moving liquid surfaces was analyzed. A significant difference between Newtonian and non-Newtonian liquids was shown.