Grundlagen der Fluiddynamik: Verdunstung, Druck und Viskosität

Grundlagen der Fluiddynamik

Verdunstung: Ständige Bewegung der Moleküle auf der Oberfläche einer Flüssigkeit, die in die Atmosphäre entweichen.

Siedepunkt: Der Druck, bei dem der Dampfdruck einer Flüssigkeit dem Umgebungsdruck entspricht.

Dampfdruck: Der Druck, der von Molekülen im gasförmigen Zustand auf die Behälterwände ausgeübt wird, wenn sie einen Raum einnehmen.

Sättigungsdampfdruck: Wenn ein Gleichgewicht zwischen der Anzahl der Moleküle, die verdampfen und kondensieren, besteht.

Kavitation: Wenn der Druck kleiner oder gleich dem Dampfdruck ist, verdampft die Flüssigkeit und Dampftaschen entstehen, die sich mit der Strömung bewegen. Dies führt zur Erosion von Metallteilen in Pumpen und Niederdruckturbinen.

Druck: Der Effekt, den eine Kraft auf eine Oberfläche ausübt.

Grundgleichung der Hydrostatik für inkompressible Flüssigkeiten: p = p₀ + g · Δh. In einer ruhenden Flüssigkeit haben alle Punkte, die sich auf derselben horizontalen Ebene befinden, den gleichen Druck. Der Druck an der freien Oberfläche einer Flüssigkeit im Gleichgewicht (Standrohrspiegelhöhe) ist gleich, und der Druck einer Flüssigkeitssäule ist gleich p = ρgh.

Atmosphärischer Druck: Der Druck, der von der Luft ausgeübt wird, die uns umgibt: 101,3 kPa = 760 mmHg = 1,033 atm.

Absoluter Druck: Der Druck, der von Null gemessen wird.

Relativer Druck: Der Druck, der relativ zum atmosphärischen Druck gemessen wird. Manometer, Vakuummeter und Barometer werden zur Messung verwendet.

Pascalsches Gesetz: Der Druck, der auf einen Punkt einer inkompressiblen Flüssigkeit ausgeübt wird, die sich in Ruhe befindet, wird in alle Richtungen gleichmäßig übertragen. F₂ / F₁ = A₁ / A₂.

Archimedisches Prinzip: Jeder Körper, der ganz oder teilweise in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, erfährt eine Auftriebskraft, die gleich dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeit ist. F_auftrieb = ρ_fl · g · V_verdrängt.

Hydrostatik: Wenn sich die Flüssigkeit im statischen Gleichgewicht befindet.

Eigenschaften von Fluiden:

• Inkompressible Fluide: Haben keine definierte Form, folgen dem Pascalschen Gesetz.
• Gase: Sind kompressibel, folgen ebenfalls dem Pascalschen Gesetz.

Spezifische Dichte: Masse pro Volumen.

Relative Dichte: Das Verhältnis zwischen der Dichte eines Stoffes und der Dichte von destilliertem Wasser bei 4 °C.

Spezifisches Gewicht: Gewicht pro Volumen.

Volumetrischer Elastizitätsmodul: Beschreibt die Elastizität einer Flüssigkeit und die Beziehung zwischen der Druckänderung und der Volumenänderung pro Volumeneinheit. E = Δp / (-ΔV / V).

Viskosität: Die Eigenschaft von Flüssigkeiten, die den Widerstand gegen Verschiebung oder Fließen bestimmt. Je höher die Viskosität, desto größer der Widerstand.

Geschwindigkeitsgradient: Die Änderung der Geschwindigkeit in Bezug auf die Änderung des Abstands zwischen zwei Platten, wenn sich die Flüssigkeit in diesem Raum befindet. V = ΔV / Δy.

Dynamische Viskosität: Sie ist proportional zur Kraft, die auf die Oberfläche einer sich bewegenden Platte wirkt, zur Geschwindigkeit, zum Geschwindigkeitsgradienten und einem Koeffizienten namens "μ" (Viskosität). F = μ · A · ΔV / Δy. Die Einheit ist [Pa·s] oder [Poise].

Kinematische Viskosität: Der Wert der dynamischen Viskosität geteilt durch die Dichte. Die Einheit ist [m²/s] oder [Stoke].

Methoden zur Messung der kinematischen Viskosität:

• Engler-Grad: Das Verhältnis der Zeit, die benötigt wird, um 200 cm³ Flüssigkeit und das gleiche Volumen Wasser bei 20 °C abzulassen.
• Redwood und Saybolt/SAE: Andere Viskositätsmessmethoden.

Viskositätsindex: Zeigt die Veränderung der Viskosität mit der Temperatur. Ein hoher Viskositätsindex bedeutet, dass die Viskosität sich wenig mit der Temperatur ändert.

Fließpunkt: Die niedrigste Temperatur, bei der eine Flüssigkeit noch fließen kann.

Oberflächenspannung: Die Kraft, die eine Spannung auf der Oberfläche einer Flüssigkeit erzeugt. σ = ΔF / Δl.