Die Strömungslehre oder auch Strömungsmechanik ist die Physik der Fluide. Unter diesem Begriff versteht man Medien, welche sich unter dem Einfluss von Scherspannungen unbegrenzt verformen (Flüssigkeiten und Gase). Auch die Bezeichnungen Fluidmechanik oder Fluiddynamik werden anstelle von "Strömungslehre" verwendet.

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

Teilgebiete

• 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

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• 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 Mehrphasenströmung (separierte Strömungen / disperse Mehrphasenströmungen )

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

• die Prandtl-Meyer-Strömungen

• die Charakteristikentheorie

• 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 meistens 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 Bootsbaus, des Maschinenbaus, der Energie- und Verfahrenstechnik, der Chemieindustrie, der Meteorologie, der Geophysik, der Astrophysik, der Gebäudeaerodynamik und bei Wasserwellen.

Literatur

• G.K. Batchelor, An Introduction to Fluid Dynamics, Cambridge University Press 1967, ISBN 0-521-04118-X
• E. Guyon, J.-P. Hulin, L. Petit: Hydrodynamik, Vieweg 1994, ISBN 3-528-07276-8
• L.D. Landau, E.M. Lifschitz: Lehrbuch der theoretischen Physik VI: Hydrodynamik, Berlin 1991, ISBN 3-05-500063-3
• 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
• Jann Strybny: Ohne Panik Strömungsmechanik, Vieweg 2005, 2. Auflage, ISBN 3-528-13194-2

Weblinks

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