Strömungsmechanik für Dummies

Ob es Ihnen gefällt oder nicht, für einen Ingenieur gehört die Strömungsmechanik einfach dazu. Peter Hakenesch erklärt Ihnen von der Pike auf, was Sie zu diesem Thema wissen müssen. Er beginnt mit den Begriffsdefinitionen und Klassifizierungen, erläutert Hydrostatik, Aerostatik und vieles mehr. Sie erfahren das Wichtigste zu Strömung von Fluiden und zur Gasdynamik und zum Schluss widmet sich der Autor dann auch noch Impuls und Drall wie auch den kompressiblen Strömungen. So ist dieses Buch Ihr freundlicher Begleiter bei Ihren ersten Schritten in den Fluss der Strömungsmechanik.

Autorentext
Peter Hakenesch studierte Maschinenbau, Fachrichtung Luft- und Raumfahrttechnik, an der TU München und promovierte dort. Danach arbeitete er als Entwicklungsingenieur und Projektleiter unter anderem bei MBB und EADS. Seit 2007 hat er die Professur für Aerodynamik und Fluidmechanik an der Hochschule München inne.

Inhalt

Einleitung 21 Uber dieses Buch 21 Konventionen in diesem Buch 21 Wie dieses Buch strukturiert ist 21 Anhang 23 Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 23 Wie es weitergeht 23 Teil I Methodik, Werkzeuge und Klassifizierung von Stromungen 25 Kapitel 1 Charakteristische Merkmale der Stromungsmechanik 27 Um was geht es denn bei der Stromungsmechanik? 27 Was die Stromungsmechanik von anderen Wissensgebieten unterscheidet 28 Veranderung der Arbeitsweise von Stromungsmechanikern im Verlauf der Geschichte 30 Kapitel 2 So arbeiten Stromungsmechaniker 33 Stromungssimulation in Windkanalen 34 Wozu werden Windkanale benotigt? 34 Konstruktionsprinzipien von Windkanalen 36 Stromungssimulation mit numerischen Methoden: CFD 39 Historische Entwicklung von CFD 39 Wie die CFD eingesetzt wird 39 Kapitel 3 Gliederung und Begriffsdefinitionen Ordnung muss sein 41 Fluid oder Festkorper 41 Gliederung der Stromungsmechanik 41 Bahnlinie und Stromlinie 43 Stromfaden und Stromrohre 47 Kapitel 4 Klassifizierung von Stromungen oder wie man sich das Leben einfach gestalten kann 49 Reibung reale und ideale Fluide 49 Zeitverhalten stationare, instationare und quasistationare Stromungen 52 Dimensionen ein-, zwei- oder dreidimensionale Stromungen 54 Kompressibilitat kompressible und inkompressible Stromungen 55 Mach-Zahl im Stromungsfeld 56 Fliessverhalten 64 Teil II Hydrostatik 67 Kapitel 5 Druck oder was uns alle belastet 69 Druck als Zustandsgrosse 71 Druckbegriffe alles nur eine Frage des Standpunkts 72 Druck als physikalische Grosse 73 Hydrostatischer Druck 74 Hydrostatisches oder Pascalsches Paradoxon 76 Verbundene Gefasse oder kommunizierende Rohren 77 Begrenzung der Saugwirkung einer Pumpe 79 Kavitation 81 Druckmessung 82 Korrekturen: Einfluss von Temperatur und Luftfeuchte 84 Einbau von Drucksonden statische Grossen und Totalgrossen 86 Kapitel 6 Statischer Auftrieb oder das tragische Ende eines Goldschmiedes 91 Statischer Auftrieb nach dem Prinzip des Archimedes 91 Warum Ihre Badezimmerwaage lugt 93 Statischer Auftrieb als Ergebnis von Druckdifferenzen 93 Die Problematik des Schiffshebewerks 96 Grenzen des archimedischen Auftriebs 98 Kapitel 7 Oberflachenspannung warum der Wasserlaufer nicht versinkt 101 Teilchenkrafte was den Regentropfen zusammenhalt 101 Kapillarwirkung 105 Einfache Methoden zur Bestimmung der Oberflachenspannung 106 Kapillarmethode 106 Tropfen- oder Stalagmometermethode 107 Ringmethode 108 Kapitel 8 Druckkrafte auf Begrenzungsflachen 109 Belastung einer ebenen horizontalen Flache 109 Belastung einer ebenen senkrechten Flache 110 Betrag der KraftF 110 Lage des KraftangriffspunktesD 111 Belastung einer ebenen geneigten Flache 114 Belastung einer gekrummten, abwickelbaren Flache 114 Abwickelbare Flachen 115 Berechnung der horizontalen Kraftkomponente 115 Berechnung der vertikalen Kraftkomponente 116 Berechnung der resultierenden Gesamtkraft 116 Belastung einer nicht-abwickelbaren Flache 117 Berechnung der horizontalen Kraftkomponenten 117 Berechnung der vertikalen Kraftkomponente 118 Berechnung der resultierenden Gesamtkraft 119 Kapitel 9 Fluide unter Beschleunigung 121 Niveauflachen uberall der gleiche Druck 121 Fluide unter dem Einfluss einer translatorischen Beschleunigung 122 Fluide unter dem Einfluss einer rotatorischen Beschleunigung 122 Druck im Inneren eines rotierenden Fluids 125 Kraft auf einen Deckel infolge eines rotierenden Fluids 126 Kapitel 10 Stabilitat schwimmender oder schwebender Korper 129 Prinzip der statischen Stabilitat 129 Berechnung des Stabilitatsmasses 131 Teil III Aerostatik 133 Kapitel 11 Aufbau der Erdatmosphare 135 Die Erdatmosphare als Warmekraftmaschine 135 Der Systembegriff der Thermodynamik 135 Wetter als Ergebnis von Warmeaustauschprozessen 137 Chemische Zusammensetzung der Erdatmosphare 138 Aufbau der Erdatmosphare 138 Luftdruck als Funktion der Hohe 143 Hydrostatische Grundgleichung 143 Polytrope Zustandsanderung 143 Zusammenhang zwischen Hohe, Druck, Temperatur und Dichte 144 Kapitel 12 Internationale Standardatmosphare ISA eine Norm, die nie erfullt wird 147 Aufbau der Standardatmosphare 147 Temperaturverteilung 148 Weitere sinnvolle Parameter, die Sie berechnen konnten 150 Kapitel 13 Hohendefinitionen 153 Geometrische und absolute Hohe 153 Geopotentielle Hohe 154 Druckhohe 155 Hohenmessung 155 Verfahren wahrend des Fluges 156 Bedeutung der Druckhohe fur den Flugverkehr 157 Dichtehohe 158 Teil IV Stromung von Fluiden es kommt Bewegung ins System 161 Kapitel 14 Basisgleichungen der Stromungsmechanik 163 Kontinuitatsgleichung die Leitung ist dicht 163 Volumenstrom 163 Massestrom 164 Energieerhaltungssatz 165 Drei gute Grunde, den Kabineninndruck in einem Flugzeug niedrig zu halten 167 Enthalpie und innere Energie 169 Kalorische Zustandsgleichungen 169 Innere Energie und Enthalpie fester und flussiger Phasen 170 Innere Energie und Enthalpie idealer Gase 170 Vom ersten Hauptsatz der Thermodynamik zur Bernoulligleichung 171 Was Herr Bernoulli alles nicht berucksichtigt 171 Kapitel 15 Ausfluss aus Behaltern die (fast) verdorbene Feier 177 Verlustfreies Ausstromen aus Behaltern 177 Verlustbehaftetes Ausfliessen aus Behaltern 179 Verlusthohe und Druckverlust 181 Verlustziffer und Ausflusskoeffizient 181 Kapitel 16 Stromungen mit Energietransport 183 Berucksichtigung von Arbeitsmaschinen in der Bilanz 183 Sinn und Unsinn eines Kraftwerks mit negativer Energiebilanz 184 Turbinenbetrieb 185 Pumpbetrieb 188 Kapitel 17 Modellgesetze 191 Die Simulationsproblematik oder die Quadratur des Kreises 191 Dimensionsanalyse 194 Kennzahlen, die Sie wirklich benotigen 196 Mach-Zahl 196 Reynolds-Zahl 196 Froude-Zahl 199 Kapitel 18 Rohrstromung 201 Unterschiedliche Stromungsqualitaten 201 Laminare Rohrstromung 201 Turbulente Rohrstromung 202 Druckverlust bei Rohrstromungen 203 Druckverlust infolge des Rohrreibungswiderstands 203 Berechnung der Rohrreibungszahl 205 Hydraulisch glatte Rohre 206 Vollstandig raue Rohre 207 Ubergangsgebiet zwischen glatt und rau 207 Druckverlust infolge von Einbauten 208 Richtungsanderung 209 Eintrittsverluste 211 Austrittsverluste 212 Stufendiffusor 213 Konischer Diffusor 213 Stufenduse 214 Konische Duse 215 Druckverlust im Gesamtsystem 216 Hydraulischer Ersatzdurchmesser 216 Normblenden 217 Kapitel 19 Grenzschichtstromungen 221 Entstehung einer Grenzschicht 222 Stromungsgrenzschicht 223 Temperaturgrenzschicht 224 Grundzuge der Prandtlschen Grenzschichttheorie 227 Laminare Stromungsgrenzschicht 227 Laminare Temperaturgrenzschicht 229 Turbulente Stromungsgrenzschicht 230 Turbulente Temperaturgrenzschicht 234 Ablosung der Grenzschicht 235 Entstehung eines Ablosegebiets 235 Die Karmansche Wirbelstrasse hubsch anzuschauen, aber auch lastig 236 Nachlaufdelle 237 Transition 238 Naturliche Transition 238 Erzwungene Transition 239 Kapitel 20 Widerstand von Korpern: Willkommen in der realen Welt! 245 Ursache des Widerstands ein Makel der realen Welt 245 Reibungswiderstand 246 Druck- oder Formwiderstand alles nur eine Frage der Formgebung 247 Entstehung des Druckwiderstands 247 Verringerung d…