Fluid- und Thermodynamik

Auf der Grundlage eines allgemein verständlichen, beiden Gebieten gemeinsamen Konzepts wird eine Einführung in die Fluid- und Thermodynamik gegeben. Die Fluiddynamik umfaßt die Hydrostatik, die Hydrodynamik der idealen und viskosen Fluide sowie die laminaren und turbulenten Rohrströmungen. In der Thermodynamik werden nach Einführung der Begriffe und der Darstellung der thermischen Zustandsgleichungen idealer Gase der erste und zweite Hauptsatz behandelt, beginnend mit der für adiabate, einfache Systeme gültigen Form nach Caratheodory bis hin zur Bilanzaussage von Clausius Duhem mit Anwendungen auf wärmeleitende viskose Fluide und die kanonischen Zustandsgleichungen. In der Gasdynamik, in der die Akustik, die stationäre isentrope Stromfadentheorie und die Stoßtheorie behandelt sind, werden Fluid- und Thermodynamik miteinander verwoben.
Das Buch schließt - als Besonderheit in der Lehrbuchliteratur - mit einem Kapitel über Dimensionsanalyse und Modelltheorie. Es eröffnet neben der Erarbeitung technischer Fragestellungen ebenso den Blick für umweltrelevante Probleme. Viele Beispiele aus Technik und Naturwissenschaft unterstützen diese Blickweise.

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Klappentext

Auf der Grundlage eines beiden Gebieten gemeinsamen Konzepts wird für Studenten der Physik und der Ingenieurwissenschaften eine Einführung in die Fluid- und Thermodynamik gegeben. In der Fluiddynamik werden Hydrostatik, Hydrodynamik der idealen und viskosen Fluide sowie laminare und turbulente Rohrströmungen behandelt, in der Thermodynamik der erste und zweite Hauptsatz. Die Gasdynamik umfaßt Akustik, stationäre isentrope Stromfadentheorie und Stoßtheorie, und so werden Fluid- und Thermodynamik miteinander verwoben. Angeschlossen ist - als Besonderheit - ein Kapitel über Dimensionsanalyse und Modelltheorie, das die Erarbeitung technischer Fragestellungen und den Blick für umweltrelevante Probleme eröffnet.

Inhalt

1. Einleitung.- 1.1 Historische Notizen und Abgrenzung des Fachgebietes.- 1.2 Eigenschaften von Flüssigkeiten.- 2. Hydrostatik.- 2.1 Der Flüssigkeitsdruck.- 2.2 Grundgleichung der Hydrostatik.- 2.3 Druckverteilung in einem dichtebeständigen, schweren Fluid.- 2.4 Hydrostatischer Auftrieb schwimmender Körper.- 2.5 Hydrostatik im beschleunigten Bezugssystem.- 2.6 Druckverteilung in der Atmosphäre.- 3. Hydrodynamik idealer Fluide.- 3.1 Kinematische Grundbegriffe.- 3.2 Massenbilanz, Kontinuität.- 3.3 Impulsbilanz.- 3.4 Die Bernoullische Gleichung.- 3.5 Einfache Anwendungen der Bernoullischen Gleichung.- 3.6 Globale Formulierung des Impulssatzes.- 3.7 Anwendungen des Impulssatzes.- 3.8 Strömungen um unendlich lange Tragflügel.- 3.9 Drallbilanz.- 3.10 Anwendungen des Drallsatzes.- 4. Viskose Flüssigkeiten.- 4.1 Dynamische Grundgleichungen viskoser Flüssigkeiten.- 4.2 Ebene Schichtenströmungen.- 4.3 Anwendungen.- 4.4 Dreidimensionale Kriechströmung eines pseudo-plastischen Fluids mit freier Oberfläche.- 5. Rohrströmungen.- 5.1 Laminare Rohrströmungen.- 5.2 Turbulente Strömungen in Rohren.- 6. Thermodynamik.- 6.1 Grundsätzhches sowie geschichthche Bemerkungen.- 6.2 Allgemeine Begriffe und Definitionen.- 6.3 Thermische Zustandsgieichungen.- 6.4 Reversible und irreversible thermodynamische Prozesse.- 6.5 Der erste Hauptsatz.- 6.6 Der zweite Hauptsatz - Prinzip der Irreversibilität.- 6.7 Verallgemeinerung des 2. HS für nicht-adiabate Systeme.- 6.8 Anwendungen des zweiten Hauptsatzes.- 6.9 Zustandsgieichungen.- 7. Gasdynamik.- 7.1 Einleitende Bemerkungen.- 7.2 Ausbreitung kleiner Störungen in einem Gas.- 7.3 Stationäre, isentrope Stromfadentheorie.- 7.4 Stoßtheorie.- 8. Dimensionsanalyse.- 8.1 Maß-Systeme und Dimensionen.- 8.2 Theorie der dimensionsbehaftetenGleichungen.- 8.3 Algebraische Theorie der Dimensionsanalyse.- 8.4 Theorem von Buckingham.- 8.5 Ähnlichkeit und Modellversuche.- A Vektor analysis und Integralsätze.- A.l Der Gradient.- A.2 Der Gaußsche Satz und die Divergenz.- A.3 Der Stokessche Satz und die Rotation.