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Über dieses Buch

Lesen Sie in diesem Buch alles über das komplexe Fachgebiet der Strömungslehre

Joseph H. Spurks und Nuri Aksels erfolgreiches Lehrbuch „Strömungslehre“ entwickelt die Einzeldisziplinen der modernen Strömungslehre aus den allgemein gültigen Prinzipien der Kontinuumsmechanik nach dem Grundsatz „vom Allgemeinen zum Besonderen“. Diese Vorgehensweise fördert das Bewusstsein und die Fähigkeit, komplexe strömungsmechanische Vorgänge auf diese allgemein gültigen Prinzipien zurückzuführen. Das Buch schult somit die Abstraktionsfähigkeit und verleiht Sicherheit im Umgang mit den Vereinfachungen, aus denen die zahlreichen Einzeldisziplinen der modernen Strömungslehre erwachsen. Es richtet sich an:

• Ingenieure

• Studenten der Ingenieurwissenschaften

• Physiker

• Anwendungsorientierte Mathematiker

Der Aufbau des Lehrbuchs im Überblick

In Spurks und Aksels Strömungslehre-Buch werden zunächst die Grundlagen der Kontinuumsmechanik besprochen. Dieser erste Teil des Lehrbuches enthält eine anschauliche Einführung in:

• Die Kinematik

• Die kontinuumstheoretische Formulierung der mechanischen und thermodynamischen Bilanzsätze

• Die Theorie der Materialgesetze und -gleichungen

Anschließend stellen die Autoren die Bewegungsgleichungen für spezielle Materialgleichungen vor. Im zweiten Teil ihres Buchs widmen sie sich schließlich der konsequenten Anwendung der vorgestellten Prinzipien auf eine Vielzahl von Einzeldisziplinen im Bereich der technischen Strömungslehre.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Kontinuumsbegriff und Kinematik

Die Strömungslehre befaßt sich mit dem Verhalten von Flüssigkeiten, d. h. von Materie, die sich unter dem Einfluß von Scherkräften unbegrenzt verformt. Die zur Verformung eines flüssigen Körpers notwendigen Scherkräfte gehen gegen null, wenn die Verformungsgeschwindigkeit gegen null geht. Diese Eigenschaft dient als Definition einer Flüssigkeit und beruht auf ihrer Zähigkeit (Viskosität).
Joseph Spurk, Nuri Aksel

Kapitel 2. Grundgleichungen der Kontinuumsmechanik

Der Erhaltungssatz der Masse wurde bereits im letzten Kapitel postuliert. Wir machen jetzt von den dortigen Ergebnissen Gebrauch, indem wir mit (1.83) den Erhaltungssatz (1.85) unter Verwendung von (1.93) in die Form bringen.
Joseph Spurk, Nuri Aksel

Kapitel 3. Materialgleichungen

Wie bereits im vorangegangenenKapitel über die Grundgleichungen der Kontinuumsmechanik erläutert, verhalten sich Körper erfahrungsgemäß so, daß die universellen Bilanzgesetze der Masse, des Impulses, der Energie und der Entropie erfüllt sind. Aber nur in wenigen Ausnahmefällen, z. B. beim Massenpunkt oder beim starren Körper ohne Wärmeleitung, reichen diese Gesetze alleine aus, um das Verhalten zu beschreiben. In diesen Ausnahmefällen sind die allen Körpern eigenen Kennzeichen „Masse“ und „Masseverteilung“ die allein wichtigen Merkmale.
Joseph Spurk, Nuri Aksel

Kapitel 4. Bewegungsgleichungen für spezielle Materialgesetze

Wir spezialisieren nun die universell gültigen Cauchyschen Gleichungen (2.38) und die Energiegleichung (2.119) auf die beiden technisch wichtigsten Fälle: Newtonsche Flüssigkeiten und reibungsfreie Flüssigkeiten. Die Kontinuitätsgleichung (2.2) (Massenbilanz) und die Symmetrie des Spannungstensors (2.53) (Drehimpulsbilanz) bleiben von der Wahl der Materialgleichung unbeeinflußt.
Joseph Spurk, Nuri Aksel

Kapitel 5. Hydrostatik

Die Hydrostatik ist die Lehre vom Verhalten der ruhenden Flüssigkeit. Ruhe ist die schärfste kinematische Einschränkung und der einfachste Sonderfall des allgemeinen Strömungsproblems. Wir können die Gesetze der Hydrostatik aus den Bilanzsätzen erhalten, wenn wir dort setzen
Joseph Spurk, Nuri Aksel

Kapitel 6. Laminare Schichtenströmungen

Für die Klasse der Schichtenströmungen ergeben sich ganz bedeutende Vereinfachungen in den Bewegungsgleichungen, die selbst für Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten einfache Lösungen zulassen. Wie schon in Abschnitt 4.4 diskutiert wurde, beruht diese Lösbarkeit auf der besonders einfachen Kinematik dieser Strömungen.
Joseph Spurk, Nuri Aksel

Kapitel 7. Grundzüge turbulenter Strömungen

Wir schließen an die Diskussion der laminaren Rohrströmung an. Dort hatten wir festgestellt, daß der Druckabfall proportional dem Volumenstrom ist, ein Ergebnis, das mit den Experimenten nur bei Reynoldsschen Zahlen übereinstimmt, die kleiner sind als die kritische Reynolds-Zahl. Beim Überschreiten dieser kritischen Reynolds-Zahl steigt der Druckabfall stark an und wird schließlich proportional zum Quadrat des Durchflusses. Gleichzeitig tritt eine auffällige Änderung der Strömungsform auf.
Joseph Spurk, Nuri Aksel

Kapitel 8. Hydrodynamische Schmierung

Geometrisch kennzeichnendesMerkmal der im Kapitel 6 besprochenen Schichtenströmungen ist ihre unendliche Ausdehnung in Strömungsrichtung und die Tatsache, daß der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung unveränderlich ist. Aufgrund dieser kinematischen Einschränkungen verschwinden die nichtlinearen Glieder in den Bewegungsgleichungen, was die mathematische Behandlung stark vereinfacht. Schichtenströmungen treten in der Natur zwar nie wirklich auf, sie sind aber gute Modelle für Strömungen, deren Abmessungen in Strömungsrichtung viel größer sind als in Querrichtung, welche oft in den Anwendungen angetroffen werden.
Joseph Spurk, Nuri Aksel

Kapitel 9. Stromfadentheorie

Wir schließen an die frühere Feststellung an, daß sich für eine Reihe von technisch interessanten Problemen das ganze Strömungsgebiet als eine einzige Stromröhre darstellen läßt, und daß das Verhalten der Strömung durch ihr Verhalten auf einer mittleren Stromlinie charakterisiert ist. Die Strömungsgrößen sind in dieser Beschreibungsweise nur Funktionen der Bogenlänge s und unter Umständen der Zeit t. Es wird also angenommen, daß die Strömungsgrößen über den Querschnitt der Stromröhre konstant sind.
Joseph Spurk, Nuri Aksel

Kapitel 10. Potentialströmungen

Wie die Diskussion der Abschnitte 4.1 und 4.3 bereits gezeigt hat, stellen feste Wände und Unstetigkeiten in der Tangentialgeschwindigkeit Flächen dar, von denen aus die Winkelgeschwindigkeit.
Joseph Spurk, Nuri Aksel

Kapitel 11. Überschallströmungen

In einer Überschallströmung macht sich die von einem Körper verursachte Störung nur in einem begrenzten Einflußgebiet bemerkbar. Dies steht in völliger Analogie zur instationären kompressiblen Strömung, die ebenfalls durch hyperbolische Differentialgleichungen beschrieben wird; dort ist der beschriebene Sachverhalt aber unabhängig davon, ob die Mach-Zahl größer oder kleiner als eins ist. Wir betrachten eine stationäre Strömung mit einer ortsfesten Schallquelle, die zu einer bestimmten Zeit ein Signal aussendet. Dieses Signal teilt sich der Strömung als eine kleine Druckstörung mit.
Joseph Spurk, Nuri Aksel

Kapitel 12. Grenzschichttheorie

Wir haben bereits festgestellt, daß die unter der Annahme der Reibungsfreiheit gewonnene Lösung eines Umströmungsproblems als Näherungslösung einer reibungsbehafteten Strömung für große Reynolds-Zahlen gelten kann. Diese Lösung ist aber nicht im gesamten Feld gleichmäßig gültig, denn sie versagt völlig an festen Wänden, an denen reale Flüssigkeit haftet, während die Theorie der reibungsfreien Strömung im allgemeinen eine von null verschiedene Tangentialgeschwindigkeit vorhersagt.
Joseph Spurk, Nuri Aksel

Kapitel 13. Schleichende Strömungen

Wir betrachten in diesem Kapitel stationäre Strömungen mit kleiner Reynoldszahl, und beschränken uns auf inkompressible Strömungen, also auch auf Gasströmungen bei kleinen Machzahlen. Die Bewegungsgleichungen sind mit (4.35) bereits bekannt, die wir hier in symbolischer Schreibweise angeben
Joseph Spurk, Nuri Aksel

Backmatter

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