Junge Einführung in die Technische Strömungslehre
1. aktualisierte Auflage 2015
ISBN: 978-3-446-44541-3
Verlag: Carl Hanser
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark
E-Book, Deutsch, 318 Seiten
ISBN: 978-3-446-44541-3
Verlag: Carl Hanser
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark
Dieses Lehrbuch soll den Zugang zur Technischen Strömungslehre und zum Strömungsmaschinenbau auf der Basis von physikalischem Grundlagenwissen erleichtern.
Das Buch wendet sich an Studierende der Ingenieurwissenschaften im Bachelor-Grundstudium an Technischen Universitäten, Hochschulen und Berufsakademien sowie an Studierende im Masterstudium, aber auch an Ingenieure und Techniker in der Praxis, die sich in die Problematik von Strömungen einarbeiten wollen.
Ausgehend von Grundbegriffen, die aus der Physikausbildung weitgehend geläufig sind, werden schrittweise die komplexen Zusammenhänge für strömende Fluide entwickelt und anhand von zahlreichen Berechnungsbeispielen nachvollziehbar gemacht. Viele Übungsaufgaben helfen beim Verständnis der Zusammenhänge. Besonderer Wert wurde auf eine verständliche technische Darstellung und Bebilderung gelegt. Diese wurde für die zweite Auflage, mit den Erfahrungen aus den Lehrveranstaltungen der letzten Jahre, nochmals genau überarbeitet und verbessert.
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1;Vorwort;6
2;Inhalt;8
3;1 Dichte, Druck und Kräfte;12
3.1;1.1 Dichte von Flüssigkeiten;12
3.2;1.2 Dichte von Gasen;14
3.3;1.3 Schweredruck in Flüssigkeiten;16
3.4;1.4 Dimension des Druckes;18
3.5;1.5 Kommunizierende Gefäße;18
3.6;1.6 Kräfte auf die Gefäßwände;19
3.7;1.7 Auftrieb (Archimedisches Prinzip);20
3.8;1.8 Druck und Energie;22
3.9;1.9 Wandkräfte in Rohren;24
3.10;1.10 Luftdruck;26
3.11;1.11 Barometrische Höhenformel;27
3.12;1.12 Kamin;29
3.13;1.13 Übungsaufgaben;33
4;2 Idealisierte Strömung;34
4.1;2.1 Kontinuitätsgleichung;34
4.2;2.2 Bernoulli-Gleichung;35
4.3;2.3 Anwendungen;36
4.3.1;2.3.1 Hydrodynamisches Paradoxon;36
4.3.2;2.3.2 Venturi-Düse;36
4.3.3;2.3.3 Staurohr nach Prandtl;38
4.4;2.4 Rohrströmung aus einem Hochbehälter;39
4.4.1;2.4.1 Geschwindigkeit und Druckverlauf;39
4.4.2;2.4.2 Kavitation;40
4.5;2.5 Kavitation an Maschinenteilen;42
4.6;2.6 Energiegewinnung mit Fluiden;43
4.6.1;2.6.1 Nutzung der potentiellen Energie des Fluids;43
4.6.2;2.6.2 Nutzung der kinetischen Energie des Fluids;44
4.7;2.7 Gasströmung und Bernoulli-Gleichung;45
4.8;2.8 Übungsaufgaben;47
5;3 Reale Strömung;49
5.1;3.1 Newtons Reibungsgesetz;49
5.2;3.2 Viskosität von Gasen;50
5.3;3.3 Viskosität von Flüssigkeiten;52
5.4;3.4 Abweichungen vom Newton-Reibungsgesetz;53
5.5;3.5 Laminare und turbulente Strömungsformen;53
5.6;3.6 Reynolds-Zahl;57
5.7;3.7 Kinematische Viskosität;58
5.8;3.8 Übergang zur Turbulenz;59
5.9;3.9 Ähnlichkeit bei Strömungen;62
5.10;3.10 Übungsaufgaben;64
6;4 Rohrströmung;65
6.1;4.1 Druckverlust;65
6.2;4.2 Laminare Rohrströmung (Gesetz von Hagen-Poiseuille);66
6.3;4.3 Turbulente Strömung;70
6.3.1;4.3.1 Druckverlust bei Vorgabe des Volumenstroms;71
6.3.2;4.3.2 Druckverlust bei Vorgabe der Druckdifferenz;74
6.4;4.4 Leistungsbedarf;76
6.5;4.5 Strömungen in Rohren von Solaranlagen;78
6.6;4.6 Druckverlust durch Einbauteile;79
6.7;4.7 Druckhöhe und Druckhöhenverlust;82
6.7.1;4.7.1 Druckhöhenverlust für waagerechte Rohrleitungen;82
6.7.2;4.7.2 Druckhöhenverlust bei Wasserkraftanlagen;83
6.8;4.8 Strömungswiderstand bei isothermer Gasströmung;87
6.9;4.9 Übungsaufgaben;93
7;5 Bewegungsgleichungen für Fluide;96
7.1;5.1 Lokale und konvektive Beschleunigungen;96
7.2;5.2 Druckkräfte;99
7.3;5.3 Euler-Gleichung;100
7.4;5.4 Zusammenhang mit der Gleichung von Bernoulli;101
7.5;5.5 Allgemeine Kontinuitätsgleichung;107
7.6;5.6 Impulssatz für Strömungen;110
7.7;5.7 Reaktionskraft;112
7.7.1;5.7.1 Kräfte auf die Rohrwand;113
7.7.2;5.7.2 Rückstoß;115
7.7.3;5.7.3 Rückstoß bei Torricelli-Ausströmung;116
7.7.4;5.7.4 Strahldruck auf eine Platte;117
7.7.5;5.7.5 Stoßverlust;118
7.8;5.8 Drall (Drehimpuls);120
7.9;5.9 Übungsaufgaben;123
8;6 Strömungen kompressibler Fluide;125
8.1;6.1 Bernoulli-Gleichung für stationäre adiabatische Gasströmung;125
8.2;6.2 Schall und Schallgeschwindigkeit in Gasen;126
8.3;6.3 Strömungen durch eine konvergente Düse;129
8.4;6.4 Laval-Düse;134
8.5;6.5 Mach-Zahl;139
8.6;6.6 Geschwindigkeit und Düsenquerschnitt;140
8.7;6.7 Übungsaufgaben;142
9;7 Umströmung von Körpern;144
9.1;7.1 Grenzschicht;144
9.2;7.2 c_w-Wert;147
9.3;7.3 Laminare Umströmung;148
9.3.1;7.3.1 Sinken einer Kugel bei laminarer Umströmung;149
9.3.2;7.3.2 Entstaubung mit Wirbelsenke;150
9.4;7.4 Turbulente Umströmung;152
9.4.1;7.4.1 Sinken einer Kugel bei turbulenter Umströmung;154
9.4.2;7.4.2 Leistungsbedarf bei Bewegung im Fluid;155
9.5;7.5 Überschall-Umströmung;156
9.6;7.6 Widerstandsläufer;157
9.6.1;7.6.1 Schalenkreuz als Messgerät;157
9.6.2;7.6.2 Schalenkreuz als Antrieb;160
9.6.3;7.6.3 Tiefschlächtiges Wasserrad;161
9.7;7.7 Übungsaufgaben;163
10;8 Strömungsmaschinen;165
10.1;8.1 Funktionsprinzip von Strömungsmaschinen;165
10.2;8.2 Kreiselpumpe;167
10.3;8.3 Euler-Gleichungen für Strömungsmaschinen;169
10.4;8.4 Pelton-Turbine;171
10.5;8.5 Energie und Leistung bei freier Umströmung;176
10.5.1;8.5.1 Vereinfachter Propeller;176
10.5.2;8.5.2 Vereinfachte Windkraftanlage - Betz-Gesetz;178
10.6;8.6 Übungsaufgaben;182
11;9 Potenzialströmung;184
11.1;9.1 Strömungspotenzial;184
11.2;9.2 Ebene Parallelströmung;186
11.3;9.3 Zirkulation;186
11.4;9.4 Radialströmung;187
11.5;9.5 Zirkulationsströmung;189
11.6;9.6 Wirbelquelle (Radial- plus Zirkulationsströmung);192
11.7;9.7 Dipolströmung (Quelle - Senke);194
11.8;9.8 Virtuelle Doppelquelle;198
11.9;9.9 Reale Zylinderumströmung;199
11.10;9.10 Konforme Abbildung;202
11.10.1;9.10.1 Lineare Funktion . = az + b;203
11.10.2;9.10.2 Inversion . = 1/z;203
11.10.3;9.10.3 Logarithmus . = Ln z;205
11.11;9.11 Anwendung: Halbkörper;206
11.12;9.12 Joukowski-Transformation;209
11.13;9.13 Strömungsvergleich Platte - Zylinder;212
11.14;9.14 Übungsaufgaben;215
12;10 Tragflügel;216
12.1;10.1 Magnus-Effekt;216
12.2;10.2 Schräg angeströmte Platte;220
12.3;10.3 Strömungskräfte auf eine kreisbogenförmige Platte;226
12.4;10.4 Tragflügel;228
12.4.1;10.4.1 Profile;228
12.4.2;10.4.2 Kennzahlen für Tragflügel;229
12.4.3;10.4.3 Kraftrichtungen am Tragflügel;231
12.4.4;10.4.4 Winkelverhältnisse am Tragflügel;232
12.4.5;10.4.5 Randeinflüsse;234
12.5;10.5 Übungsaufgaben;237
13;11 Windkraftanlagen;239
13.1;11.1 Schnelllaufzahl;239
13.2;11.2 Winkelbeziehungen am Rotor;241
13.3;11.3 Die Kräfte am Rotorblatt;243
13.4;11.4 Optimale Rotorblattauslegung;244
13.5;11.5 Biegemoment am Rotorblatt;246
13.6;11.6 Schubkraft auf die Rotorebene;247
13.7;11.7 Drehmoment an der Rotorwelle;249
13.8;11.8 Leistungsregelung;251
13.9;11.9 Übungsaufgaben;252
14;12 Lösungen;253
14.1;1 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 1;253
14.2;2 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 2;256
14.3;3 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 3;263
14.4;4 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 4;266
14.5;5 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 5;277
14.6;6 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 6;282
14.7;7 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 7;291
14.8;8 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 8;296
14.9;9 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 9;301
14.10;10 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 10;303
14.11;11 Lösungen der Übungsaufgaben Kapitel 11;306
15;13 Literatur;310
15.1;Quellenverzeichnis;310
15.2;Weiterführende Literatur;310
16;Sachwortverzeichnis;312
17;Formelzeichen;319
Dichte, Druck und Kräfte
Die idealisierte Strömung
Die reale Strömung
Die laminare Strömung
Strömungswiderstand
Umströmung von Körpern
Grundlagen: Räumliche Differentialquotienten
Bewegungsgleichungen für Fluide
Impuls und Drall
Strömungsmaschinen
Potenzialströmung
Tragflügel
Windkraftanlagen
