Fluidmechanik (Fach) / Fluidmechanik (Lektion)

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• Wie hängt der Massendurchsatz durch ein Rohr von der Viskosität und antreibendem Druckgradienten ab? dm/dt ~ 1/ μ dm/dt ~ dp/dx
• In welcher Beziehung stehen maximale und mittlere Geschwindigkeit im Rohr? u(mittlere) = Umax /2
• Wie kann Reibung in einem durchströmten Rohrstück in der Bernoulli-Gleichung berücksichtigt werden? Verlustfaktor :   ξ = dp /  (ρ/2) q2   Rohrreibungszahl ;  λ= ξ d/l
• Worin besteht der Grundgedanke der Stoke'schen Näherung für schleichende Strömungen? Bei Strömungen mit kleinen Reynoldszahlen ( Re ≈ 1 oder kleiner) dominieren die Reibungskräfte . Die Trägheitskräfte können vernachlässigt werden Schleichende Strömungen berechnet man dadurch, dass die Trägheitsterme in der NSG unberücksichtigt bleiben.     Re = Verhältnis der Trägheitskräfte zu den Reibungskräfte  
• Wie verhält sich der Widerstandsbeiwert einer Kugel im Vergleich zur Reynoldszahl gebildet mit dem Kugeldurchmesser im Bereich der schleichenden Strömung? Cw = 24 / Red Cw ~ Red  -> also linear
• Welche unterschiedlichen Strömungsformen kann man beobachten, wenn man die Reynoldszahlen der Kugelströmung erhöht 1) laminare, anliegende Strömung 2) laminare Ablösung (geschlossenes Ablösungsgebiet) 3) laminare Ablösung (offenes Ablösungsgebiet) 4) turbulente Ablösung
• Warum kann man bei Reynolds-Zahlen um 200.000 - 300.000 für die Kugelumströmung zwei verschiedene Strömungsformen mit unterschiedlichen Widerstandsbeiwerten beobachten? In diesen Gebiet ist der Umschlagspunkt von laminar zu einer turbulenten Strömung. Es ist nicht eindeutig , ob die Strömung an der Kugel noch laminar oder schon turbulent ist. Abhängig davon stellt sich einer der beiden Zustände ein. Turbulent : kleinerer Cw Laminar : größerer Cw
• Wie kann man bei solchen Reynoldszahlen (Übergang: laminar zu turbulent) die Strömungsform mit dem kleineren Widerstandsbeiwert erzwingen? -Die Transition in der Grenzschicht kann durch einen Stolperdraht eingeleitet werden. - Die Oberflächenrauhigkeit kann erhöht werden ( z.B Golfball)
• Wodurch unterscheidet sich eine laminare und eine turbulente Strömung grundsätzlich? Laminare Strömung : regelmäßige Strömung ohne kleinskalige Fluktuationen   Turbulente Strömung : unregelmäßige Strömung mit kleinskaligen Fluktuationen - instationär - rotationsbehaftet - chaotische (scheinbar) regellose Fluktuationen von Feldgrößen mit Amplituden 10% - 30% um ihren Mittelwert
• Wodurch kann man den Ort, ab dem eine Strömung turbulent wird, charakterisieren? Der Übergang von einer laminaren in eine turbulente Strömung heißt laminar-turbulente Transition. Transition tritt oberhalb einer kritischen Reynoldszahl auf. Für eine Grenzschicht an einer ebenen Platte ist die kritische Reynoldszahl: Re =(U xkrit) / ν = 5 · 105 Kugel: Re = 3 · 105 - 3 106 Rohr: Re = 2300
• Wie beschreibt man turbulente Strömungen? Turbulente Strömungen beschreibt man in der Regel statistisch, indem man zwischen gemittelter Strömung und Fluktuation unterscheidet. z:b Zerlegung des Geschwindigkeitfeldes in Mittelwert und Fluktuation:   u = <u> + u'
• Welche Bereiche kann man in einer turbulenten Grenzschicht voneinander unterscheiden? In einer turbulenten Grenzschicht kann man drei verschiedene Bereiche voneinander unterscheiden. Man formuliert das Dreischichtenmodell : 1) viskose Unterschicht (unmittelbare Wandnähe) 2) logarithmische Schicht (Überlappungsbereich) 3) Nachlauf (Außenbereich) τ12Ges = τ12 + τ12RBILD ANSCHAUEN
• Welche universellen Geschwindigkeitsgesetze gelten im wandnahen Bereich der Grenzschicht? Das universelle Wandgesetz für Grenzschichten besteht aus einem linearen Verlauf in der viskosen Unterschicht und einem logarithmischen Verlauf in der log. Schicht.   linearer Verlauf  u + = y+   log. Verlauf u+ = 1/ κ ln(y+ ) + A  
• Was versteht man unter dem hydraulischen Durchmesser? Wenn ein Rohr entweder nicht kreisrund, oder nicht vollständig gefüllt ist benutzt man den hydraulischen Durchmesser: dhydr = 4  Af / lf A = durchströmte Fläche l = benetzer Umfang -> Simuliert Reibungsverhältnisse wie in einem runden Rohr mit dhydr  
• Durch welchen Ansatz lässt sich die Bernoulli-Gleichung um Reibungseffekte erweitern? q12 /2 + p1 /ρ + G =  q22/2 + p2 /ρ + G + ∑ ξ  qn2 / 2
• Was kann man aus dem Moody-Diagramm entnehmen? Die Rohrreibungszahl λ
• Unter welchen Bedingungen kann man ein Rohr als hydraulisch glatt annehmen? Eine Wand bezeichnet man als hydraulisch glatt, wenn   0 ≤  ( ks uτ ) / ν  ≤  5
• Zwischen welchen Größen besteht ein Gleichgewicht in einer turbulenten Rohrströmung? Es besteht ein Gleichgewicht zwischen mittleren axialem Druckgradienten und der Gesamtspannung:   τges = ½ (d<p> / dx ) r

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