Stabilität hochviskoser und viskoelastischer unter Schwerkraft fallender Flüssigkeitsstränge

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Die Stabilität schlanker Flüssigkeitsstränge spielt in vielen Bereichen der Technik eine große Rolle, z.B. beim Faserspinnen, Tintenstrahldrucken, Strahlschneiden, Zerstäuben oder Strangentgasen. Die Aufklärung der Mechanismen, die eine stationäre Strömung eines schlanken Flüssigkeitsstranges instabil werden lassen, führen zu einem besseren Verständnis von Strömungen mit freien Oberflächen und sind somit von großem wissenschaftlichem Interesse. Die hydrodynamische Stabilität und die Dynamik isothermer schwerkraftgetriebener Strömungen in sehr langen schlanken Flüssigkeitssträngen wurde bislang in der Literatur nur sehr wenig untersucht. Es existieren einerseits Arbeiten, die die kapillare Instabilität newtonscher Flüssigkeiten unter Einbezug eines Gravitationseinflusses als Störgröße untersuchen. Andererseits existieren Arbeiten, in denen der Einfluß von Gravitationskräften auf die "draw resonance", eine hydrodynamische Instabilität, die beim Faserspinnen auftritt, bei Newtonfluiden untersucht wird. Arbeiten zur Stabilität rein schwerkraftgetriebener Strömungen in schlanken Strängen, wobei Trägheits-, Gravitations-, viskose und eventuell elastische Kräfte gleiche Größenordnung haben, existieren nicht. Genau dieser Fall soll im hier beantragten Forschungsvorhaben untersucht werden. Die Untersuchungen sollen sowohl theoretischer Art, mittels Stabilitätsanalyse und numerischer Simulation, als auch experimenteller Art sein, wobei in einen einzelnen Strang gezielt Störungen eingebracht werden sollen, deren Entwicklung mittels optischer Meßtechnik beobachtet werden soll. Um die nichtlineare Dynamik der sehr langen und gleichzeitig sehr dünnen Flüssigkeitsstränge beobachten zu können, soll eine mit der materiellen Geschwindigkeit der Flüssigkeitsteilchen mitfliegende Kamera verwendet werden (Lagrangescher Beobachter).