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Vorlesungs- und Modulverzeichnis nach Studiengängen >> Lehrveranstaltungsverzeichnis (LSE-MA) >>

  Rheologie/Rheometrie (RHEO VO(A))

Dozent/in
Prof. Dr. habil. Andreas Wierschem

Angaben
Vorlesung
Online/Präsenz
2 SWS, ECTS-Studium, ECTS-Credits: 5
nur Fachstudium, Sprache Deutsch oder Englisch, ECTS-Credits: 7,5 einschließlich Praktikum
Zeit und Ort: Fr 12:15 - 13:45, H15; Bemerkung zu Zeit und Ort: Diese Veranstaltung wird zusätzlich über ZOOM angeboten: https://fau.zoom.us/j/68274658889?pwd=KzdEUTNxZHBoSVh3b1NVZ21wdDlyUT09 3-G Nachweis erforderlich!

Studienfächer / Studienrichtungen
WPF CBI-MA 1-3 (ECTS-Credits: 2,5)
WPF LSE-MA 1-3 (ECTS-Credits: 2,5)
WPF CEN-MA 1-3

Voraussetzungen / Organisatorisches
Grundwissen in Strömungsmechanik bzw. Thermofluiddynamik der Biotechnologie. Die Lehrveranstaltung wird in Deutsch oder in Englisch durchgeführt.

Inhalt
Rheologie beschäftigt sich mit dem Verformungs- und Fließverhalten von Stoffen. Sie konzentriert sich vor allem auf das Materialverhalten komplexer Materie. Dazu gehören nahezu alle Materialien biologischen Ursprungs wie Zellen, Gewebe, Körperflüssigkeiten, Biopolymere und Proteine aber auch die meisten chemischen Systeme wie allgemein Polymerschmelzen und –lösungen, Suspensionen, Emulsionen, Schäume oder Gele. Bei der Entwicklung ingenieurwissenschaftlicher Lösungen sind diese Kenntnisse bzw. deren messtechnische Erfassung von entscheidender Bedeutung. Dies beinhaltet die Bestimmung rheologischer Eigenschaften neuer Materialien aber auch biologischer Systeme, deren Veränderungen bei Krankheiten bzw. deren medikamentöser Behandlung. Es ist unerlässlich bei der Auslegung verfahrenstechnischer Anlagen (z.B. Druckverlust, Auswahl eines Rührorgans, Pumpen, Belastungsgrenzen von Zellen z.B. bei 3D-Druck oder in Bioreaktoren, etc.), der Prozesskontrolle (z.B. beim Drucken, Beschichten, Lackieren, Sprühen, Extrudieren, Etikettieren) bis hin zu den Qualitätsanforderungen des Produkts (Lebensmitteln, Kosmetika, Wasch- und Reinigungsmitteln, etc.). In der Lehrveranstaltung Rheologie/Rheometrie werden die Fließ- und Deformationseigenschaften bei konstanten und zeitabhängigen Beanspruchungen behandelt. Neben empirischen Fließgesetzen wird der Einfluss der Mikrostruktur auf das rheologische Verhalten der Stoffe dargestellt. Zudem werden die entsprechenden Messmethoden (rheometrisch, Online-, Inline-Viskosimeter, rheooptisch) und Einflüsse typischer Messfehler, deren Vermeidung bzw. Korrektur vorgestellt. Übungen ergänzen die Vorlesung. Studenten werden angeleitet, das erhaltene Wissen anzuwenden, rheologische Problemstellungen zu bewerten und Lösungen zu entwickeln. Es besteht die Möglichkeit, sich in einem Praktikum mit unterschiedlichen rheologischen Messsystemen und –methoden vertraut zu machen.
(automatisch geplant, erwartete Hörerzahl original: 20, fixe Veranstaltung: nein)

Empfohlene Literatur
  • C. W. Macosko: Rheology - Principles, Measurement and Application, Wiley-VCH (1994)
  • F. A. Morrison: Understanding Rheology, Oxford Univ. Press (2001)

  • J. F. Steffe: Rheological Methods in Food Process Engineering, Freeman (1996)

  • T. G. Mezger: Das Rheologie Handbuch, 5th ed., Vincentz (2016)

  • H. A. Barnes, J. F. Hutton, K. Walters: An Introduction to Rheology, Elsevier (1989)

  • R. G. Larson: The Structure and Rheology of Complex Fluids, Oxford (1999)

  • T. F. Tadros: Rheology of Dispersions, Wiley-VCH (2011)

  • T. A. Witten: Structured fluids, Oxford (2010)

  • P. Coussot: Rheometry of Pastes, Suspensions, and Granular Materials, Wiley (2005)

  • M. Pahl, W. Gleißle, H.-M, Laun: Praktische Rheologie der Kunststoffe und Elastomere, 4. Auflage, VDI-Verlag (1995)

  • D. Weipert, H.-D. Tscheuschner, E. Windhab: Rheologie der Lebensmittel, Behr‘s Verlag (1993)

  • M. A. Rao: Rheology of fluid and semisolid foods, 3rd ed., Springer (2013)

  • J. W. Goodwin, R. W. Hughes: Rheology for Chemists, RSC Publishing (2008)

  • D. Lerche, R. Miller, M. Schäffler: Dispersionseigenschaften, 2D-Rheologie, 3D-Rheologie, Stabilität (2015)

  • G. G. Fuller: Optical Rheometry of Complex Fluids, Oxford Univ. Press (1995)

ECTS-Informationen:
Title:
Rheology/Rheometry

Credits: 5

Prerequisites
Basic knowledge in fluid mechanics, respectively biothermofluid dynamics. The course will be given in German or in English.

Contents
Rheology studies material deformation und flow properties. It mainly focusses on material behavior of complex matter. This includes practically all materials of biologic origin like cells, tissue, body fluids, biopolymers and proteins but also most of the chemical systems like, in general, polymer melts and solutions, suspensions, emulsions, foams or gels. This knowledge and the required measurement techniques are of major importance in developing engineering solutions. This includes the determination of rheological properties of new materials but also of biological systems, their changes due to diseases or due to medical treatment. It is indispensable for the proper design of process plants (e.g. pressure loss, stirrer and pump selection, load limits of cells e.g. in 3D printing and bioreactors, etc.), process control (e.g. in printing, coating, varnishing, spraying, extrusion, labeling) as well as for meeting quality standards of the product (food, cosmetics, detergents, etc.). The course Rheology/Rheometry deals with the primary flow and deformation properties during steady and time dependent stress. Besides empirical constitutive equations, the influence of the microstructure on the rheological behavior is presented. Techniques for measuring the material behavior (rheometrical, online-, inline-viscometers, rheo-optical) and the impact of typical measurement errors, their avoidance or correction are described. Exercises complete the lecture. Students are instructed to apply their knowledge to rheological problems und to develop appropriate solutions. There exists the possibility to acquaint oneself with rheological measurement devices and methods in a practical course.

Zusätzliche Informationen
Erwartete Teilnehmerzahl: 20, Maximale Teilnehmerzahl: 60

Zugeordnete Lehrveranstaltungen
PR ([präsenz]):Rheologie/Rheometrie - Praktikum
Dozent/in: Prof. Dr. habil. Andreas Wierschem
UE ([hybrid]):Rheologie/Rheometrie - Übung
Dozentinnen/Dozenten: Prof. Dr. habil. Andreas Wierschem, Markus Neuner, M. Sc.
Zeit und Ort: Di 16:15 - 17:45, 2.23; Bemerkung zu Zeit und Ort: Diese Übung wird zusätzlich über ZOOM angeboten: https://fau.zoom.us/j/62474241824?pwd=RTc1SnZGS2d0M2ZHTVpzZFNCaEZlQT09

Verwendung in folgenden UnivIS-Modulen
Startsemester WS 2022/2023:
Rheologie/Rheometrie (RHEO)
Rheologie/Rheometrie mit Praktikum (RHEO PR)

Institution: Lehrstuhl für Strömungsmechanik (LSTM)
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