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.

Klappentext

Hier strömt das Wissen Von Archimedes bis Überschall die Strömungsmechanik begreifen
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 zur Strömung von Fluiden und zum Einfluss der Reibung. Zum Schluss widmet sich der Autor 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.

Inhalt

Einleitung 21

Über dieses Buch 21

Konventionen in diesem Buch 21

Wie dieses Buch strukturiert ist 21

Teil I: Methodik, Werkzeuge und Klassifizierung von Strömungen 21

Teil II: Hydrostatik 21

Teil III: Aerostatik 22

Teil IV: Strömung von Fluiden - es kommtBewegung ins System 22

Teil V: Impuls und Drall in Strömungen 22

Teil VI: Kompressible Strömungen - vergessen Sie (fast) alles bis dato Gelernte 22

Teil VII: Top-Ten-Teil 23

Anhang 23

Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 23

Wie es weitergeht 23

Teil I Methodik, Werkzeuge und Klassifizierung von Strömungen 25

Kapitel 1 Charakteristische Merkmale der Strömungsmechanik 27

Um was gehtesdenn bei der Strömungsmechanik? 27

Was die Strömungsmechanik von anderen Wissensgebieten unterscheidet 28

Veränderung der Arbeitsweise von Strömungsmechanikern im Verlauf der Geschichte 30

Kapitel 2 So arbeiten Strömungsmechaniker 33

Strömungssimulation in Windkanälen 34

Wozu werden Windkanäle benötigt? 34

Konstruktionsprinzipien von Windkanälen 36

Strömungssimulation 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 Festkörper 41

Gliederung der Strömungsmechanik 41

Bahnlinie und Stromlinie 43

Stromfaden und Stromröhre 47

Kapitel 4 Klassifizierung von Strömungen oder wie man sich das Leben einfach gestalten kann 49

Reibung - reale und ideale Fluide 49

Zeitverhalten - stationäre, instationäre und quasistationäre Strömungen 52

Dimensionen - ein-, zwei- oder dreidimensionale Strömungen 54

Kompressibilität - kompressible und inkompressible Strömungen 55

Mach-Zahl im Strömungsfeld 56

Fließverhalten 64

Teil II Hydrostatik 67

Kapitel 5 Druck oder was uns alle belastet 69

Druck als Zustandsgröße 71

Druckbegriffe - alles nur eine Frage des Standpunkts 72

Druck als physikalische Größe 73

Hydrostatischer Druck 74

Hydrostatisches oder Pascalsches Paradoxon 76

Verbundene Gefäße oder kommunizierende Röhren 77

Begrenzung der Saugwirkung einer Pumpe 79

Kavitation 81

Druckmessung 82

Korrekturen: Einfluss von Temperatur und Luftfeuchte 84

Einbau von Drucksonden - statische Größen und Totalgrößen 86

Kapitel 6 Statischer Auftrieb oder das tragische Ende eines Goldschmiedes 91

Statischer Auftrieb nach demPrinzip des Archimedes 91

Warum Ihre Badezimmerwaage lügt 93

Statischer Auftrieb als Ergebnis von Druckdifferenzen 93

Die Problematik des Schiffshebewerks 96

Grenzen des archimedischen Auftriebs 98

Kapitel 7 Oberflächenspannung - warum der Wasserläufer nicht versinkt 101

Teilchenkräfte - was den Regentropfen zusammenhält 101

Kapillarwirkung 105

Einfache Methoden zur Bestimmung der Oberflächenspannung 106

Kapillarmethode 106

Tropfen- oder Stalagmometermethode 107

Ringmethode 108

Kapitel 8 Druckkräfte auf Begrenzungsflächen 109

Belastung einer ebenen horizontalen Fläche 109

Belastung einer ebenen senkrechten Fläche 110

Betrag der Kraft F 110

Lage des Kraftangriffspunktes d 111

Belastung einer ebenen geneigten Fläche 114

Belastung einer gekrümmten, abwickelbaren Fläche 114

Abwickelbare Flächen 115

Berechnung der horizontalen Kraftkomponente 115

Berechnung der vertikalen Kraftkomponente 116

Berechnung der resultierenden Gesamtkraft 116

Belastung einer nicht-abwickelbaren Fläche 117

Berechnung der horizontalen Kraftkomponenten 117

Berechnung der vertikalen Kraftkomponente 118

Berechnung der resultierenden Gesamtkraft 119

Kapitel 9 Fluide unter Beschleunigung 121

Niveauflächen - überall 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 Stabilität schwimmender oder schwebender Körper 129

Prinzip der statischen Stabilität 129

Berechnung des Stabilitätsmaßes 131

Teil III Aerostatik 133

Kapitel 11 Aufbau der Erdatmosphäre 135

Die Erdatmosphäre als Wärmekraftmaschine 135

Der Systembegriff der Thermodynamik 135

Wetter als Ergebnis von Wärmeaustauschprozessen 137

Chemische Zusammensetzung der Erdatmosphäre 138

Aufbau der Erdatmosphäre 138

Luftdruck als Funktion der Höhe 143

Hydrostatische Grundgleichung 143

Polytrope Zustandsänderung 143

Zusammenhang zwischen Höhe, Druck, Temperatur und Dichte 144

Kapitel 12 Internationale Standardatmosphäre ISA - eine Norm, die nie erfüllt wird 147

Aufbau der Standardatmosphäre 147

Temperaturverteilung 148

Weitere sinnvolle Parameter, die Sie berechnen könnten 150

Kapitel 13 Höhendefinitionen 153

Geometrische und absolute Höhe 153

Geopotentielle Höhe 154

Druckhöhe 155

Höhenmessung 155

Verfahren während des Fluges 156

Bedeutung der Druckhöhe für den Flugverkehr 157

Dichtehöhe 158

Teil IV Strömung Von Fluiden - Es Kommt Bewegung Ins System 161

Kapitel 14 Basisgleichungen der Strömungsmechanik 163

Kontinuitätsgleichung - die Leitung ist dicht 163

Volumenstrom 163

Massestrom 164

Energieerhaltungssatz 165

Drei gute Gründe, den Kabineninndruck in einem Flugzeug niedrigzuhalten 167

Enthalpie und innere Energie 169

Kalorische Zustandsgleichungen 169

Innere Energie und Enthalpie fester und flüssiger Phasen 170

Innere Energie und Enthalpie idealer Gase 170

Vom ersten Hauptsatz der Thermodynamik zur Bernoulligleichung 171

Was Herr Bernoulli alles nicht berücksichtigt 171

Kapitel 15 Ausfluss aus Behältern - die (fast) verdorbene Feier 177

Verlustfreies Ausströmen aus Behältern 177

Verlustbehaftetes Ausfließen aus Behältern 179

Verlusthöhe und Druckverlust 181

Verlustziffer und Ausflusskoeffizient 181

Kapitel 16 Strömungen mit Energietransport 183

Berücksichtigung von Arbeitsmaschinen in der Bilanz 183

Sinn und Unsinn eines Kraftwerks mit negativer Energiebilanz 184

Turbinenbetrieb 185

Pumpbetrieb 188

Kapitel 17 Modellgesetze 191

Die Simulationsproblematikoder die Quadratur des Kreises 191

Dimensionsanalyse 194

Kennzahlen, die Sie wirklich benötigen 196

Mach-Zahl 196

Reynolds-Zahl 196

Froude-Zahl 199

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