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Rheologie/Rheometrie mit Praktikum (RHEO PR)7.5 ECTS (englische Bezeichnung: Rheology/Rheometry with practical course)
Modulverantwortliche/r: Andreas Wierschem Lehrende:
Andreas Wierschem
Startsemester: |
WS 2019/2020 | Dauer: |
1 Semester | Turnus: |
jährlich (WS) |
Präsenzzeit: |
90 Std. | Eigenstudium: |
135 Std. | Sprache: |
Deutsch oder Englisch |
Lehrveranstaltungen:
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Rheologie/Rheometrie
(Vorlesung, 2 SWS, Andreas Wierschem, Mi, 14:15 - 15:45, 02.019)
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Rheologie/Rheometrie - Übung
(Übung, 1 SWS, Andreas Wierschem et al., Mo, 14:15 - 15:45, 00.151-113)
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Rheologie/Rheometrie - Praktikum
(Praktikum, 3 SWS, Andreas Wierschem et al., nach Vereinbarung)
Empfohlene Voraussetzungen:
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.
Lernziele und Kompetenzen:
Das Modul bietet eine systematische Einführung in die Rheologie und Rheometrie. Die Studierenden:
können die Bedeutung der Rheologie sowohl im Alltag als auch bei industriellen Prozessen nachvollziehen
verfügen über einen Überblick über die verschiedenen grundlegenden rheologischen Phänomene
entwickeln ein konzeptionelles Verständnis für die wesentlichen rheologischen Phänomene
können die erworbenen Grundkenntnisse mit eingeübten Methoden und Vorgehensweisen an Hand von Beispielen praktisch anwenden
sind fähig, rheologische Problemstellungen zu bewerten und Lösungswege anwenden
verstehen die Zusammenhänge zwischen integralen Größen der Messgeräte und rheologischen Messgrößen
können geeignete Messmethoden auswählen und anwenden; erkennen und beheben typische Messfehler.
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 (2010)
T. A. Witten: Structured fluids, Oxford (2004)
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
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)
Weitere Informationen:
Schlüsselwörter: Fließkurve und Viskositätsfunktion, Fließgesetze, Mikrostruktur, Dispersionen, Polymere, zeitabhängige Viskosität, Viskoelastizität, Normalspannungdifferenzen, Dehnrheologie, Messmethoden, typischer Messfehler, Prozessrheometer & -viskosimeter, Rheooptik
Studien-/Prüfungsleistungen:
Rheologie/Rheometrie mit Praktikum (Prüfungsnummer: 52311)
(englischer Titel: Rheology/Rheometry with practical course)
- Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 30, benotet
- Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
- Prüfungssprache: Deutsch oder Englisch
- Erstablegung: WS 2019/2020, 1. Wdh.: SS 2020
1. Prüfer: | Andreas Wierschem |
Praktikum Rheologie/Rheometrie (Prüfungsnummer: 52302)
(englischer Titel: Practical course Rheologie/Rheometrie)
- Studienleistung, Praktikumsleistung, unbenotet
- weitere Erläuterungen:
Praktikumsprotokoll
- Prüfungssprache: Deutsch oder Englisch
- Erstablegung: WS 2019/2020, 1. Wdh.: SS 2020
1. Prüfer: | Andreas Wierschem |
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