Strömungslehre

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Dieser Artikel befasst sich mit der physikalischen Bewegung. Weitere Bedeutungen siehe Strömung (Begriffsklärung).

Die Strömungslehre oder auch Strömungsmechanik oder Fluidmechanik ist die Lehre des physikalischen Verhaltens von Fluiden. Sie ist wichtig auch im theoretischen Maschinenbau, sie findet ihre Grundlagen in der Kontinuumsmechanik, also der klassischen Physik.

Teilgebiete[Bearbeiten]

Die Strömungslehre wird in mehrere Fachgebiete unterteilt, die sich mit verschiedenen Teilaspekten von Fluiden auseinandersetzen:

Fluidstatik ist die Lehre von (annähernd) ruhenden Fluiden

Fluiddynamik ist die Lehre von bewegten Fluiden

  • Eine zentrale Größe in der Strömungslehre ist der dynamische Auftrieb.
  • Aerodynamik betrachtet speziell das Verhalten von Körpern in Gasen, zum Beispiel in der Luft der Atmosphäre
  • Hydrodynamik (wird auch teilweise als Überbegriff im Sinne von Fluiddynamik verwendet)
  • Magnetohydrodynamik berücksichtigt die elektrischen und magnetischen Eigenschaften von Flüssigkeiten, Gasen und Plasmen und untersucht zusätzlich:
    • die Bewegung unter Wirkung der vom Medium selbst erzeugten Felder,
    • die Bewegung in äußeren Feldern.

Beschreibung der Strömung[Bearbeiten]

Verschiedene Strömungsarten als Rauchfadenbilder

Innerhalb der Fluiddynamik werden Anwendungsfälle anhand von zahlreichen Kennzahlen beschrieben, die verschiedene Aspekte der Fluide abbilden. Diese Eigenschaften sind im Folgenden aufgeführt:

Verhalten des Fluids

Strömungsart

Strömungsform

Art des Fluids

Art des Leiters

Nach diesen Eigenschaften und dem konkreten Anwendungsfall werden unterschiedliche Berechnungswege in der Fluiddynamik herangezogen, um eine Strömung zu beschreiben:

  • die Grenzschichtströmung,
  • die Ähnlichkeitstheorie,
  • die Mehrphasenströmung: Im Bereich der Mehrphasenströmung werden Strömungen untersucht, welche Anteile aus Flüssigkeiten, Gasen und Festkörpern (z. B. Staub) besitzen können. Aufgrund von Wechselwirkungen der Phasen untereinander (z. B. Schlupf, Phasenübergänge) ist eine Berechnung der physikalischen Größen der Mehrphasenströmung meistens nur näherungsweise möglich. Es wird unterschieden zwischen:
    • Separierten Strömungen
    • Dispersen Mehrphasenströmungen

Mathematische Modelle und Beschreibung der Phänomene[Bearbeiten]

Hauptartikel: Navier-Stokes-Gleichungen

Strömungsvorgänge von Fluiden werden durch die Navier-Stokes-Gleichungen beschrieben, die sich aus partiellen Differentialgleichungen zusammensetzen und im Allgemeinen jedoch nur für spezielle Randbedingungen oder numerisch lösbar sind. Sie enthalten die strömungsbeschreibenden Variablen Geschwindigkeit \vec{v}=(v_x,v_y,v_z), Druck p, Dichte \rho und Viskosität \eta als Funktion von Ort (x,y,z) und Zeit t. Die Bestimmung dieser Größen geschieht alternativ mit den Erhaltungssätzen für Masse, Impuls und Energie, im allgemeinsten Fall einer thermischen Zustandsgleichung f(\rho, p,T) (wobei dann auch noch die Temperatur T betrachtet werden muss), sowie einem Materialgesetz des Strömungsmediums.

Anwendungsbereich[Bearbeiten]

Anwendungen trifft man unter anderem in den Bereichen:

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Strömungslehre – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien