Einführung in die Technische Strömungslehre

Vorwort

Inhalt

1 Dichte, Druck und Kräfte

1.1 Dichte von Flüssigkeiten

1.2 Dichte von Gasen

1.3 Schweredruck in Flüssigkeiten

1.4 Dimension des Druckes

1.5 Kommunizierende Gefäße

1.6 Kräfte auf die Gefäßwände

1.7 Auftrieb (Archimedisches Prinzip)

1.8 Druck und Energie

1.9 Wandkräfte in Rohren

1.10 Luftdruck

1.11 Barometrische Höhenformel

1.12 Kamin

1.13 Übungsaufgaben

2 Idealisierte Strömung

2.1 Kontinuitätsgleichung

2.2 Bernoulli-Gleichung

2.3 Anwendungen

2.3.1 Hydrodynamisches Paradoxon

2.3.2 Venturi-Düse

2.3.3 Staurohr nach Prandtl

2.4 Rohrströmung aus einem Hochbehälter

2.4.1 Geschwindigkeit und Druckverlauf

2.4.2 Kavitation

2.5 Kavitation an Maschinenteilen

2.6 Energiegewinnung mit Fluiden

2.6.1 Nutzung der potentiellen Energie des Fluids

2.6.2 Nutzung der kinetischen Energie des Fluids

2.7 Gasströmung und Bernoulli-Gleichung

2.8 Übungsaufgaben

3 Reale Strömung

3.1 Newtons Reibungsgesetz

3.2 Viskosität von Gasen

3.3 Viskosität von Flüssigkeiten

3.4 Abweichungen vom Newton-Reibungsgesetz

3.5 Laminare und turbulente Strömungsformen

3.6 Reynolds-Zahl

3.7 Kinematische Viskosität

3.8 Übergang zur Turbulenz

3.9 Ähnlichkeit bei Strömungen

3.10 Übungsaufgaben

4 Rohrströmung

4.1 Druckverlust

4.2 Laminare Rohrströmung (Gesetz von Hagen-Poiseuille)

4.3 Turbulente Strömung

4.3.1 Druckverlust bei Vorgabe des Volumenstroms

4.3.2 Druckverlust bei Vorgabe der Druckdifferenz

4.4 Leistungsbedarf

4.5 Strömungen in Rohren von Solaranlagen

4.6 Druckverlust durch Einbauteile

4.7 Druckhöhe und Druckhöhenverlust

4.7.1 Druckhöhenverlust für waagerechte Rohrleitungen

4.7.2 Druckhöhenverlust bei Wasserkraftanlagen

4.8 Strömungswiderstand bei isothermer Gasströmung

4.9 Übungsaufgaben

5 Bewegungsgleichungen für Fluide

5.1 Lokale und konvektive Beschleunigungen

5.2 Druckkräfte

5.3 Euler-Gleichung

5.4 Zusammenhang mit der Gleichung von Bernoulli

5.5 Allgemeine Kontinuitätsgleichung

5.6 Impulssatz für Strömungen

5.7 Reaktionskraft

5.7.1 Kräfte auf die Rohrwand

5.7.2 Rückstoß

5.7.3 Rückstoß bei Torricelli-Ausströmung

5.7.4 Strahldruck auf eine Platte

5.7.5 Stoßverlust

5.8 Drall (Drehimpuls)

5.9 Übungsaufgaben

6 Strömungen kompressibler Fluide

6.1 Bernoulli-Gleichung für stationäre adiabatische Gasströmung

6.2 Schall und Schallgeschwindigkeit in Gasen

6.3 Strömungen durch eine konvergente Düse

6.4 Laval-Düse

6.5 Mach-Zahl

6.6 Geschwindigkeit und Düsenquerschnitt

6.7 Übungsaufgaben

7 Umströmung von Körpern

7.1 Grenzschicht

7.2 c_w-Wert

7.3 Laminare Umströmung

7.3.1 Sinken einer Kugel bei laminarer Umströmung

7.3.2 Entstaubung mit Wirbelsenke

7.4 Turbulente Umströmung

7.4.1 Sinken einer Kugel bei turbulenter Umströmung

7.4.2 Leistungsbedarf bei Bewegung im Fluid

7.5 Überschall-Umströmung

7.6 Widerstandsläufer

7.6.1 Schalenkreuz als Messgerät

7.6.2 Schalenkreuz als Antrieb

7.6.3 Tiefschlächtiges Wasserrad

7.7 Übungsaufgaben

8 Strömungsmaschinen

8.1 Funktionsprinzip von Strömungsmaschinen

8.2 Kreiselpumpe

8.3 Euler-Gleichungen für Strömungsmaschinen

8.4 Pelton-Turbine

8.5 Energie und Leistung bei freier Umströmung

8.5.1 Vereinfachter Propeller

8.5.2 Vereinfachte Windkraftanlage - Betz-Gesetz

8.6 Übungsaufgaben

9 Potenzialströmung

9.1 Strömungspotenzial

9.2 Ebene Parallelströmung

9.3 Zirkulation

9.4 Radialströmung

9.5 Zirkulationsströmung

9.6 Wirbelquelle (Radial- plus Zirkulationsströmung)

9.7 Dipolströmung (Quelle - Senke)

9.8 Virtuelle Doppelquelle

9.9 Reale Zylinderumströmung

9.10 Konforme Abbildung

9.10.1 Lineare Funktion . = az + b

9.10.2 Inversion . = 1/z

9.10.3 Logarithmus . = Ln z

9.11 Anwendung: Halbkörper

9.12 Joukowski-Transformation

9.13 Strömungsvergleich Platte - Zylinder

9.14 Übungsaufgaben

10 Tragflügel

10.1 Magnus-Effekt

10.2 Schräg angeströmte Platte

10.3 Strömungskräfte auf eine kreisbogenförmige Platte

10.4 Tragflügel

10.4.1 Profile

10.4.2 Kennzahlen für Tragflügel

10.4.3 Kraftrichtungen am Tragflügel

10.4.4 Winkelverhältnisse am Tragflügel

10.4.5 Randeinflüsse

10.5 Übungsaufgaben

11 Windkraftanlagen

11.1 Schnelllaufzahl

11.2 Winkelbeziehungen am Rotor

11.3 Die Kräfte am Rotorblatt

11.4 Optimale Rotorblattauslegung

11.5 Biegemoment am Rotorblatt

11.6 Schubkraft auf die Rotorebene

11.7 Drehmoment an der Rotorwelle

11.8 Leistungsregelung

11.9 Übungsaufgaben

12 Lösungen

1 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 1

2 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 2

3 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 3

4 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 4

5 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 5

6 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 6

7 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 7

8 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 8

9 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 9

10 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 10

11 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 11

13 Literatur

Quellenverzeichnis

Weiterführende Literatur

Sachwortverzeichnis

Formelzeichen