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Erschienen in:

2020 | OriginalPaper | Buchkapitel

5. Strömungen in Rohrleitungen

verfasst von : Matthias Kraume

Erschienen in: Transportvorgänge in der Verfahrenstechnik

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Wesentliche Inhalte des Kapitels sind die Erläuterung und Berechnung des Druckverlusts sowie des Stoffübergangs bei Rohrströmungen. Zunächst wird die Fluiddynamik anhand der Geschwindigkeitsprofile bei laminarer und turbulenter Strömung erläutert. Darauf basierend wird der Widerstandsbeiwert zur Berechnung des Druckverlusts eingeführt und dessen Abhängigkeit von der Reynoldszahl und der Rohrrauigkeit dargestellt. Die Bestimmung des Stoffübergangs erfolgt anschließend mittels einer differenziellen Massenbilanz, die zu dimensionslosen Berechnungsgleichungen für die Sherwoodzahlen führt. Die Analogien und Besonderheiten des konvektiven Wärmeübergangs werden im Folgenden erläutert. Die Auswirkungen heterogener chemischer Reaktionen auf den Stoffübergang sowie nicht-Newtonscher Flüssigkeiten auf die Fluiddynamik werden abschließend ebenso dargestellt wie auftretende Dispersionseffekte.

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Gotthilf H. L. HAGEN, 1797–1884, deutscher Ingenieur des Fachgebietes Wasserbau, entwickelte unabhängig von POISEUILLE die Gesetzmäßigkeiten der laminaren Strömung viskoser Flüssigkeiten. Er wirkte an Planung und Ausbau zahlreicher deutscher Flüsse und Häfen mit, z. B. Wilhelmshaven. Seine Methoden zur Dünenbefestigung finden heute noch Anwendung.

Jean Louis Marie POISEUILLE, 1797–1869, französischer Physiologe und Physiker, beschäftigte sich hauptsächlich mit der Blutbewegung in menschlichen Gefäßen und leitete daraus das Strömungsverhalten von Flüssigkeiten in Röhren ab.

Heinrich BLASIUS, 1883–1970, deutscher Ingenieur und Hochschullehrer an der heutigen Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg, befasste sich in seiner wissenschaftlichen Arbeit mit der mathematischen Behandlung der Grenzschichtgleichungen und war an der Universität Göttingen einer der ersten Doktoranden von Ludwig Prandtl.

Theodore von KÁRMÁN, 1881–1963, deutsch-ungarisch-amerikanischer Ingenieur, gilt als Pionier der modernen Aerodynamik und der Luftfahrtforschung.

Ludwig PRANDTL, 1875–1953, deutscher Physiker, lieferte grundlegende Erkenntnisse für Verständnis der Strömungsmechanik; nach ihm wurde die Prandtlzahl Pr benannt.

Henry Philibert Gaspard DARCY, 1803–1858, französischer Ingenieur, der sich mit der Durchströmung poröser Medien beschäftigte und für laminares Fließen einen linearen Zusammenhang fand, das Darcy-Gesetz (Gl. 9.18). Entwickelte das Pitot-Rohr weiter, welches heute noch zur Geschwindigkeitsmessung von strömenden Fluiden genutzt wird.

Julius Ludwig WEISBACH, 1806–1871, deutscher Mathematiker und Ingenieur. Er gilt als Begründer der neuen Markscheidekunst (unterirdische Messung der Berg- und Grubengebäude).

In der englischsprachigen Literatur wird statt der Darcy-Weisbach-Gleichung vielfach der Fanning friction factor ζ_f verwendet. Dieser stellt einen Reibungsbeiwert (s. Gl. 6.14) dar, mit dem die Wandschubspannung unter Verwendung des dynamischen Drucks berechnet wird. Es gilt folgender Zusammenhang: ζ = 4 · ζ_f.

Johann NIKURADSE, 1894–1979, deutscher Ingenieur und Physiker, geboren in Georgien. War Doktorand bei Ludwig Prandtl und später Professor an der Universität Breslau und der RWTH Aachen.

Der repräsentativen Viskosität liegt der Gedanke zugrunde, Messergebnisse zunächst so auszuwerten, als ob es sich um eine Newtonsche Flüssigkeit handle. Die so gewonnene Viskosität kann als wahre Viskosität bei einer, der jeweiligen Geometrie entsprechenden repräsentativen Scherrate interpretiert werden. Letztere muss dann bestimmt werden.

Nach (Bird et al. 2002).

Nach (Bockhardt et al. 1993).

Erläuterung zur Gleichung: η_el = P_mech/P_el, Wirkungsgrad mit \({\text{P}}_{\text{mech}} = {\dot{\text{V}}} \cdot \varDelta {\text{p}}_{\text{ges}} \to {\text{P}}_{\text{el}} = {\dot{\text{V}}} \cdot \varDelta {\text{p}}_{\text{ges}} / {\upeta }_{\text{el}}\).

Nach (Zogg 1983).

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Titel: Strömungen in Rohrleitungen
verfasst von: Matthias Kraume
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Buch: Transportvorgänge in der Verfahrenstechnik
Print ISBN: 978-3-662-60011-5

Electronic ISBN: 978-3-662-60012-2

Copyright-Jahr: 2020
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-60012-2_5

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