Strömungslehre

Die Strömungslehre oder auch Strömungsmechanik ist die Physik der Flüssigkeiten und Gase. Anstelle der oben genannten Begriffe werden gelegentlich auch die Bezeichnungen Fluidmechanik oder Fluiddynamik verwendet.

Die Strömungslehre befasst sich mit dem Verhalten von Fluiden, das heißt von Medien, die sich unter dem Einfluss von Scherspannungen unbegrenzt verformen.

Die Strömungsvorgänge der Fluide werden allgemein durch die Geschwindigkeit , Druck p, Dichte ρ, Viskosität η und Temperatur T als Funktion von Ort (x,y,z) und Zeit t beschrieben. Die Bestimmung dieser Größen geschieht mit den Erhaltungssätzen für Masse, Impuls und Energie, einer thermischen Zustandsgleichung f(ρ,p,T), sowie einem Materialgesetz des Strömungsmediums.

Teilgebiete

Die Hydrostatik beschäftigt sich mit:

• der Druckverteilung in ruhenden Flüssigkeiten,
• den Kräften auf Behälterwänden,
• der Ausbildung freier Oberflächen,
• dem hydrostatischen Auftrieb und
• der Schwimmstabilität von Körpern.

Die Aerostatik hingegen betrachtet:

• die Schichtung der ruhenden Atmosphäre bzw. Erdatmosphäre.

Die Hydro-/Aerodynamik zusammengefasst als Fluiddynamik behandelt:

• die Strömungsarten,
  • instationäre Strömungen und
  • stationäre Strömungen

thumb|Verschiedene Strömungsarten als Schlierenaufnahme

• die Strömungsformen
  • laminare Strömung und
  • turbulente Strömung

• die Strömungsinstabilitäten,

• inkompressible Strömungen und
• kompressible Strömungen (Gasdynamik)

• reibungsfreie Strömungen und
• viskose Strömungen

• die Potentialströmungen und
• die Wirbelströmungen

• die Stromfadentheorie und
• die Rohrströmung

• die Grenzschichtströmung,

• die Ähnlichkeitstheorie.

Die Gasdynamik als weiteres Untergebiet der Fluiddynamik befasst sich mit den Konsequenzen der Kompressibilität strömender Medien und behandelt:

• die Prandtl-Meyer-Strömungen

• die Charakeristikentheorie

• das Phänomen der Verdichtungsstöße und die Interaktionen mehrerer Stöße oder Prandtl-Meyer-Strömungen

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 meisstens nur näherungsweise möglich.

Die 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.

Anwendungsbereich

Anwendungen trifft man unter anderem in den Bereichen: der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, des Maschinenbaus, der Energie- und Verfahrenstechnik, der Chemieindustrie, der Meteorologie, der Geophysik und der Gebäudeaerodynamik.

Literatur

• L.D. Landau, E.M. Lifschitz: Lehrbuch der theoretischen Physik VI: Hydrodynamik, Berlin 1991, ISBN 3-05-500063-3
• E. Guyon,J.-P. Hulin,L. Petit: Hydrodynamik, Vieweg 1994, ISBN 3-528-07276-8
• H. Oertel (Hrg.): Prandtl - Führer durch die Strömungslehre. Grundlagen und Phänomene, Vieweg 2002 (11. Aufl), ISBN 3-528-48209-5
• W. Schröder: Fluidmechanik, Aachen 2004, Wissenschaftsverlag Mainz in Aachen, ISBN 3-86130-371-X

See also: Strömungslehre, Aerodynamik, Aerostatik, Atmosphäre, Atmosphärenschichtung, Auftrieb, Automobilindustrie, Bernoullische Energiegleichung, Chemische Industrie, Dichte