Strömung nicht-newtonscher Medien

1.1 Allgemeines In der Strömungslehre befassen wir uns mit der Mechanik fluider Medien (Flüssigkeiten und Gase). Dabei verstehen wir unter fluiden Medien Stoffe, die einer Scherbeanspruchung, und sei sie noch so klein, stets durch Bewegung nachgeben. Im Ruhezustand können fluide Medien nur Normalspannungen über­ tragen. Die "klassische" Technische Strömungslehre betrifft im wesent­ lichen fluide Medien, deren Widerstand gegenüber einer Scher­ beanspruchung entweder verschwindend klein ist ("ideale Fluide") oder zähe Medien, deren Widerstand sich proportional zur Schergeschwindigkeit verhält ("Newtonsche Medien"). Berücksichtigt man dieses Fließverhalten in der Bewegungs­ gleichung, so erhält man im Fall idealer Fluide die Eulersche, im Fall der newtonschen Fluide die Navier-Stokesschen Glei­ chungen. Für bestimmte, mehr oder weniger einfache Strömungs­ fälle sind analytische Lösungen dieser Gleichungen bekannt. Nun hat man es in den technischen Anwendungen, insbesondere in der Verfahrenstechnik, häufig mit zähen Fluiden zu tun, deren Fließverhalten in oft komplizierter Weise von der einfachen, das newtonsche Fluid charakterisierenden Proportionalität zwischen Scherspannung und Schergeschwindigkeit abweicht. Das Fließverhalten solcher Medien heißt ganz allgemein "nicht­ newtonisch"; man spricht dann von nicht-newtonschen Fluiden. Dazu gehören Polymerschmelzen, Polymerlösungen, Glasschmelzen, Farben, Lacke, Elastomere, Wachse, Öle, Fette sowie vielerlei Emulsionen und Suspensionen. Besonderes Interesse gilt in neuerer Zeit biologischen Flüssigkeiten, wie z.B. Blut, Gelenkflüssigkeiten, Sputum, Proteinlösungen.