Springer-Lehrbuch. Fluidmechanik. Einführendes Lehrbuch. Bearbeitet von Peter Böckh

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1 Springer-Lehrbuch Fluidmechanik Einführendes Lehrbuch Bearbeitet von Peter Böckh überarbeitet Taschenbuch. xviii, 353 S. Paperback ISBN Format (B x L): 15,5 x 23,5 cm Gewicht: 1150 g Weitere Fachgebiete > Physik, Astronomie > Mechanik > Kontinuumsmechanik, Strömungslehre Zu Leseprobe schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung und Grundlagen Womit beschäftigt sich die Fluidmechanik? Unterscheidung zwischen Fluiden und festen Körpern Systemdefinition Zustandsgrößen Spezifisches Volumen, Druck und Temperatur Dichte und spezifisches Volumen Spezifisches Volumen der Flüssigkeiten Spezifisches Volumen der Gase und Dämpfe Druck Temperatur Viskosität Viskosität Newton'scher Fluide Fließverhalten nicht Newton'scher Fluide Oberflächenspannung Haftspannungen Grenzflächendruck (Kapillardruck) Kapillarität Problemlösungsmethodik Benutzung der Programme Ruhende Fluide Ausbildung freier Flüssigkeitsoberflächen Statischer Druck Erzeugung des hydrostatischen Druckes Kolbendruck Schweredruck Kommunizierende Gefäße Statischer Druck der Atmosphäre (Aerostatik) Isotherme Schichtung Isentrope Schichtung Normatmosphäre Druckkräfte Druckkräfte auf ebene Wände Druckkräfte auf gekrümmte Wände Hydrostatisches Paradoxon Auftrieb und Schwimmen... 43

3 X Inhaltsverzeichnis 3 Bewegte Fluide Grundbegriffe Strömungsgeschwindigkeit Stromlinie, Strömungsfeld Sichtbarmachung von Strömungen Experimentelle Sichtbarmachung Rechnerische Erfassung von Strömungsfeldern Kontinuitätsgleichung (Massenerhaltungssatz) Massenstrom und Volumenstrom Energieerhaltungssatz Allgemeiner Energieerhaltungssatz Energieerhaltung in der Strömung inkompressibler Fluide Energieerhaltung in Strömungen idealer Fluide Der dynamische Druck Anwendung der Bernoulli-Gleichung Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit Bestimmung des Massen- und Volumenstromes Berechnung der Ausflussgeschwindigkeit aus einem Behälter Strahlpumpen Das hydrodynamische Paradoxon Druckänderung senkrecht zur Strömungsrichtung Kavitation Impulssatz Impulssatz Anwendungen des Impulssatzes Strömungskräfte am Rohrkrümmer Rückstoßkräfte von Flüssigkeitsstrahlen Strahlstoßkräfte auf eine senkrechte Wand Schiefer Stoß gegen eine Wand Gerader Stoß gegen eine gewölbte Platte Vereinfachte Propellertheorie Schub der Strahl- und Raketentriebwerke Drallsatz Kraftwirkung auf die Laufräder der Strömungsmaschinen Reibungsdruckverlust inkompressibler Fluide in Rohren Einleitung Ähnlichkeitsgesetze und Kennzahlen Reynoldszahl Froudezahl Eulerzahl Modellversuche

4 Inhaltsverzeichnis XI Strömungsformen Strömungsformen im Rohr Strömungsformen an umströmten Körpern Strömung von Flüssigkeiten mit freier Oberfläche Energiebilanzgleichung reibungsbehafteter Strömung Reibungsdruckverlust in Rohren Druckverlust in der laminaren Rohrströmung Druckverlust in der turbulenten Rohrströmung Reibungsdruckverlust im Rohr nicht kreisförmigen Querschnitts Druckverlust der turbulenten Strömung Druckverlust bei laminarer Strömung Navier-Stokes-Gleichungen Druckverlust in Rohrleitungselementen Allgemeines Widerstandszahlen gängiger Rohrleitungselemente Rohreinläufe Plötzliche Querschnittserweiterung Plötzliche Querschnittsverengung Allmähliche Querschnittserweiterung (Diffusor) Allmähliche Querschnittsverengungen (Konfusor, Düse) Normdrosselorgane Krümmer (Rohrbogen) Verzweigungen Andere Rohrleitungselemente Rohrleitungssysteme Ausströmungsvorgänge Ausfluss bei konstantem Flüssigkeitsniveau Ausfluss bei veränderlichem Flüssigkeitsniveau Strömung kompressibler Fluide Grundlagen Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Druckstörung Machzahl Zustandsgrößen der Stagnation Adiabate Strömung in Kanälen konstanten Querschnitts Energiebilanz der kompressiblen adiabaten Strömung Spezielle Lösungen der Energiebilanzgleichung Strömung in Kanälen veränderlichen Querschnitts Einfluss der Machzahl Ausströmung aus einem Behälter Ausströmgeschwindigkeit Austretender Massenstrom

5 XII Inhaltsverzeichnis Kritisches Druckverhältnis Kritischer Massenstrom und kritische Geschwindigkeit Strömungsvorgänge bei kritischer Strömung Entleeren eines Behälters Isothermes Entleeren eines Behälters Isentropes Entleeren eines Behälters Überschallströmung Lavaldüse Berechnung der Lavaldüsen Betriebsverhalten bei veränderlichem Gegendruck Konstruktive Gestaltung der Lavaldüsen Verdichtungsströmung Unterschalldiffusor Überschallkonfusor Strömung von Gas-Flüssigkeitsgemischen Einleitung Grundlagen Dampfgehalt und Dampfvolumenanteil Kontinuitätsgleichung Dichte Strömungsformen Druckverluste Reibungsdruckverlust Dampfvolumenanteil Statischer Druckverlust Beschleunigungsdruckverlust Reibungsdruckverluste in Rohrleitungselementen Kritischer Durchfluss Umströmte Körper Einführung Strömungswiderstand umströmter Körper Reibungswiderstand Druck- oder Formwiderstand Messung der Widerstandskräfte Luftwiderstand der Fahrzeuge Luftwiderstand Auftrieb Seitenwindkraft Widerstandszahlen der Körper verschiedener Formen Schwebegeschwindigkeit Wirbelablösungen an zylindrischen Körpern Druckverlust in quer angeströmten Rohrbündeln

6 Inhaltsverzeichnis XIII Zylindrische glatte Rohre Zylindrische Rippenrohre Tragflügel Einleitung Tragflügeltheorie Kräfte am unendlich breiten Tragflügel Induzierter Widerstand Umströmung im Überschallbereich Druck und Temperatur am Staupunkt Widerstand umströmter Körper Ebene, parallel angeströmte dünne Platte Widerstand räumlicher Körper Tragflügel Einführung in nummerische Lösungsmethoden Allgemeines Grundlagen der Strömungsprogramme Endliche Differenzen-Methode Gewöhnliche Differentialgleichungen erster Ordnung Differentialgleichungen zweiter Ordnung Strömungsmesstechnik Einleitung Druckmessung Druckmesssystem Prinzip der Druckmessung Druckmessgeräte Flüssigkeitsmanometer Gewichtsmanometer Federmanometer Anordnung der Druckmesssysteme Unterkühlte Flüssigkeiten und überhitzte Gase Gesättigte Fluide Temperaturmessung Prinzip der Temperaturmessung Temperaturmessgeräte Flüssigkeitsthermometer Bimetallthermometer Ideales Gasthermometer Widerstandsthermometer Thermoelemente Anordnung des Temperaturmesssystems Geschwindigkeitsmessung Prinzip der Geschwindigkeitsmessung

7 XIV Inhaltsverzeichnis Geschwindigkeitsmessgeräte Mechanische Messgeräte Staurohre Hitzdraht- und Heißfilmanemometer Laser-Doppler-Anemometer Flüssigkeitsstandmessung Volumenmessung Prinzip der Volumenmessung Volumenzähler Trommelzähler Ringkolbenzähler Ovalradzähler Flügelradzähler Woltmanzähler Durchflussmessung Prinzipien der Durchflussmessung Durchflussmessmethoden und -geräte Aus der Messung der Strömungsgeschwindigkeit Drosselmessgeräte Schwebekörper-Durchflussmesser Elektromagnetische Durchflussmessgeräte Ultraschall-Durchflussmessgerät Tracer-Durchflussmessung Auswertung von Messungen Fehlerarten Systematische Fehler Zufällige Fehler Fehlerrechnung Geschätzte Fehler einer Einzelmessung Fehler einer Messreihe Mittlerer Fehler des Mittelwerts Fehlerfortpflanzung Der absolute Fehler Angabe der Fehler Anhang A1: Normatmosphäre A2: Stoffwerte Wasser/Wasserdampf: Dynamische Viskosität A3: Stoffwerte Wasser/Wasserdampf: Dichte A4: Stoffwerte Wasser/Wasserdampf: Schallgeschwindigkeit A5: Stoffwerte des Wassers bei 1 bar Druck A6: Dichte der Flüssigkeiten bei 1 bar Druck A7: Kinematische Viskosität der Flüssigkeiten bei 1 bar Druck A8: Kinematische Viskosität der Öle bei 1 bar Druck

8 Inhaltsverzeichnis XV B1: Temperaturtabellen für Thermoelemente B2: Durchflusszahlen für Normdüsen B3: Expansionszahlen für Normdüsen B4: Durchflusszahlen für Normblenden B5: Expansionszahlen für Normblenden B6: Durchflusszahlen für Normventuridüsen C1: Liste der Programme Sachverzeichnis Literaturhinweise