Strömungslehre. Technische. Vogel Buchverlag. Kamprath-Reihe

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1 Kamprath-Reihe Willi Bohl Prof. Dipl.-Ing. Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Elmendorf Technische Strömungslehre Stoffeigenschaften von Flüssigkeiten und Gasen, Hydrostatik, Aerostatik, Inkompressible Strömungen, Kompressible Strömungen, Strömungsmesstechnik 15., überarbeitete und erweiterte Auflage Vogel Buchverlag

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort 5 Die wichtigsten Formelzeichen und Einheiten 13 1 Stoffeigenschaften von Flüssigkeiten und Gasen Einleitung Dichte, spezifisches Volumen Definitionen Dichte von Flüssigkeiten Dichte von Gasen und Dämpfen Dichte von Luft Schallgeschwindigkeit Viskosität Einleitung Viskosität Newton'scher Fluide Dynamische Viskosität Kinematische Viskosität Temperaturabhängigkeit der Viskosität Druckabhängigkeit der Viskosität Arbeitsunterlagen und Gebrauchsformeln Viskosität nicht Newton'scher Fluide Thermische Stoffwerte Einleitung Spezifische Wärmekapazität Gaskonstante Enthalpie Dampfdruck Oberflächenspannungen und Kapillarität 35 2 Hydrostatik Einleitung Oberflächenspannung Haftspannung Grenzflächendruck (Kapillardruck) Kapillarität 2.1 Ausbildung der freien Oberfläche Hydrostatischer Druck Grundbegriffe Einheiten Erzeugung des hydrostatischen Druckes Kolbendruck Druckarbeit Schweredruck Kommunizierende Gefäße Druckkräfte Druckkräfte bei Wirkung des Kolbendruckes Druckkräfte gegen ebene Wände Druckkräfte gegen gekrümmte Wände Druckkräfte bei Wirkung des Schweredruckes Druckkräfte ebene Wände gegen Druckkräfte gegen gekrümmle Wände

3 8 Inhaltsverzeichnis Aufwärts gerichtete Vertikaldruckkraft (Aufdruckkraft) Auftrieb und Schwimmen Statischer Auftrieb Thermischer Auftrieb Schwimmen und Schweben Stabilität Einleitung Stabilität von vollständig eingetauchten Körpern Stabilität von teilweise eingetauchten Körpern Aerostatik 3.1 Einleitung Zusammensetzung der 75 Atmosphäre 3.3 Schichtung der Atmosphäre Isotherme Schichtung Isentrope Schichtung Polytrope Schichtung Normatmosphäre 4 Inkompressible Strömungen 4.1 Einleitung Grundbegriffe Grundgleichungen Kontinuitätsgleichung (Durchflussgleichung) Energiegleichung Bewegungsgleichung längs einer Stromlinie Energiegleichung längs einer Stromröhre Verschiedene Druckbegriffe in einem strömenden Fluid Einige praktische Anwendungen der Energiegleichung Druckänderung senkrecht zur Strömungsrichtung Impulssatz Allgemeine Ableitung und Darstellung Anwendungen und Beispiele Drallsatz Allgemeine Formulierung Spezielle Formulierung Anwendungen Ähnlichkeitsgesetze und Modellregeln Einleitung Ähnlichkeitsbedingungen Reynolds-Zahl Froude-Zahl Modellversuche Strömungsformen Einleitung Laminare und turbulente Rohrströmung Umströmung von Kreiszylindern und Kugeln Strömende und schießende Bewegung bei Strömungen mit freier Oberfläche unter Schwereeinfluss Turbulenzgrad Stoffströme in geschlossenen Rohrleitungen (Rohrhydraulik) Energiegleichung für reibungsbehaftete Strömungen Stationäre Strömungen Instationäre Strömungen Druckabfall in Rohrleitungen mit kreisförmigem Querschnitt bei laminarer Strömung (Re < 2320)

4 Inhaltsverzeichnis Druckabfall in Rohrleitungen mit kreisförmigem Querschnitt bei turbulenter Strömung (Re > 2320) Einleitung Geschwindigkeitsverteilung Druckabfall Druckabfall in Rohrleitungen mit kreisförmigem Querschnitt bei Strömung nicht Newton'scher Flüssigkeiten Einleitung Fließgesetze Repräsentative Viskosität Druckverlust Druckabfall in gewellten Rohren Rohre mit nicht kreisförmigen Querschnitten Hydraulischer Durchmesser Bestimmung der Rohrreibungszahl Strömungsverluste in Rohrleitungselementen Grundlagen Rohreinläufe Rohrausläufe Querschnittsänderungen Richtungsänderungen Rohrverzweigungen Dehnungsausgleicher Absperr- und Regelorgane Drosselgeräte Filter und Siebe Zusammengesetzte Widerstände Einlaufstrecke (Rohreinlauf) Spaltströmungen Strömung in offenen Gerinnen Einleitung Geschwindigkeitsverteilung Fließformeln Hydraulisch optimale Profile Ausfluss aus Behältern Ausfluss durch kleine Öffnungen bei konstantem Druckunterschied und konstanter Spiegelhöhe Ausfluss ins Freie durch große Öffnungen unter dem Einfluss der Schwere bei konstanter Spiegelhöhe Ausfluss unter Gegendruck bei konstantem Niveauunterschied Ausfluss bei veränderlicher Spiegelhöhe Ausfluss aus kleinen Öffnungen unter dem Einfluss der Schwere Instationärer Ausfluss unter Gegendruck Umströmung von Körpern (Außenströmung) Strömungsbilder Kraftwirkungen Einleitung Reibungswiderstand (Flächenwiderstand) Radscheibenreibung Druckwiderstand (Formwiderstand) Gesamtwiderstand Luftkräfte an Fahrzeugen Einleitung Luftwiderstand Auftrieb Seitenwindkraft Schwebegeschwindigkeit von Kugeln 288

5 4.11 Tragflügel Einleitung zyu Kurze Einführung in die Geschichte der Tragflügeltheorie Profilgeometrie Kräfte am unendlich breiten Tragflügel Druckverteilung am Profil Polardiagramm 29? Induzierter Widerstand 302 Kompressible Strömungen Einleitung Schallausbreitung Grundgleichungen der 1-dimensionalen Stromfadentheorie Kontinuitätsgleichung Energiegleichung, Isentrope und Polytrope Thermodynamische Zustandsgieichung Impulssatz und Drallsatz Flächen-Geschwindigkeits-Beziehung Rohrströmungen Druckabfall bei beliebigem Wärmeaustausch Druckabfall bei isothermer Strömung Druckabfall bei adiabater Strömung (Fanno-Strömung) Druckabfall bei adiabater Drosselung Ausströmvorgänge Ausströmen aus Druckbehältern Ausströmgeschwindigkeit und Mach-Zahl Austretender Massenstrom Kritischer Zustand für eine reibungsfreie Strömung Kritischer Zustand für eine reibungsbehaftete Strömung Ausströmen mit Vorgeschwindigkeit Laval-Düse Verhältnisse im Auslegungspunkt für eine reibungsfreie Strömung Verhältnisse im Auslegungspunkt für eine reibungsbehaftete Strömung Strömungsverhältnisse bei nicht angepasstem Betrieb Konstruktive Gestaltung von Laval-Düsen Verdichtungsstöße Senkrechter Verdichtungsstoß Schräger Verdichtungsstoß Prandtl-Meyer-Expansion Verdichtungsströmungen Umströmung von Körpern Strömungsbilder Druck- und Temperaturerhöhung im Staupunkt Widerstand von umströmten Körpern Widerstand der ebenen Platte Widerstand räumlich ausgedehnter Körper Tragflügel Tragflügel in reiner Unterschallströmung Tragflügel mit örtlichen Verdichtungsstößen Tragflügel in reiner Überschallströmung 361 Strömungsmesstechnik Druckmessung Einleitung Druckentnahme und Anbringung von Druckmessgeräten 363

6 Inhaltsverzeichnis Flüssigkeitsdruckmessgeräte Kolben-Druckmessgeräte Federelastische Manometer Elektrische Druckmessgeräte Einleitung Widerstandsdruckmesser Kapazitive Druckaufnehmer Induktive Druckaufnehmer Piezoelektrische Druckaufnehmer Geschwindigkeitsmessung Rotierende Stromwegmesser Staurohre und Sonden Druckbegriffe in strömenden Fluiden Totaldrucksonden Statische Sonden Staudrucksonden (Staurohre) Strömungsrichtungssonden Thermische Sonden Optische Messsonden Füllstandsmessung (Niveaumessung) Volumenmessung Durchflussmessung Einleitung Netzmessungen Grundlagen Anordnung und Anzahl der Messpunkte Referenzmessung Auswertung Wirkdruckverfahren mit Drosselgeräten Durchflussmessung in offenen Gerinnen Messwehre (Überfallwehre) Venturi-Kanäle Schwebekörper-Durchflussmesser Magnetisch-induktive Durchflussmesser Ultraschall-Durchflussmesser Wirbelzähler-Durchflussmesser Spezielle Verfahren Durchflussmessung aus dem Druckabfall in geraden Rohren Durchflussmessung an Rohrkrümmern Ellison-Annubar-Durchflussmesser Pulsierende Strömungen Viskosimetrie Rotationsviskosimeter Fallkörperviskosimeter Kapillarviskosimeter 427 Tafelverzeichnis 429 Namensverzeichnis 477 Literaturverzeichnis Stichwortverzeichnis