Grundlagen der Strömungsmechanik und Hydraulik

Grundlagen der Strömungsmechanik

Pascal-Prinzip: Druck, der auf eine Flüssigkeit ausgeübt wird, überträgt sich gleichmäßig auf alle Teile der Flüssigkeit.

Turbulente Strömung: Charakterisiert durch ungleiche Teilchenbewegungen, bei denen Partikel zusammenstoßen und an den Wänden Energie verlieren.

Vollständige Kontraktion: Flüssigkeitsfäden besetzen ein Loch an der Peripherie und krümmen sich beim Austritt, was eine Verengung des Abflussquerschnitts erfordert.

Reynolds-Zahl: Ein dimensionsloser Parameter, der das Verhältnis zwischen Trägheitskraft und viskoser Kraft in einer Strömung definiert.

Hydraulische Maschine: Eine Maschine, die einer Flüssigkeit Energie zuführt (Pumpe) oder entzieht (Turbine).

Flüssigkeitsfaden: Die Flugbahn, der flüssige Teilchen folgen, oder das Garn, das durch die aufeinanderfolgende Bewegung der Teilchen gebildet wird.

Relative Rauheit: Das Verhältnis zwischen der absoluten Rauheit und dem Innendurchmesser eines Rohres: ε = k / D.

Kavitation: Ein Phänomen, bei dem der Druck in einer Flüssigkeit unter einen kritischen Wert fällt, was zur Bildung von Dampfblasen und zur Zerstörung von Metalloberflächen in hydraulischen Maschinen führen kann.

Durchfluss (Q): Das Volumen einer Flüssigkeit pro Zeiteinheit durch einen Querschnitt: Q = v · A.

Spezifisches Gewicht: Gewicht pro Volumeneinheit. Es ist eine Funktion der Temperatur und des Drucks: γ = ρ · g.

Druck: Das Verhältnis von Kraft zu Fläche. Es gilt: p_abs = p_man + p_atm.

Dynamische Viskosität (μ): In realen Flüssigkeiten führen Kohäsions- und Adhäsionskräfte zwischen den Molekülen und den Wänden zu innerer Reibung.

Kinematische Viskosität (ν): Das Verhältnis von dynamischer Viskosität zu Dichte: ν = μ / ρ.

Schubspannung (Shear Stress): Tangentiale Spannung, die parallel zur Fläche wirkt und die Flüssigkeit verformt.

Physikalische Eigenschaften und Strömungsarten

Oberflächenspannung: Spannung an der Grenzfläche einer Flüssigkeit, verursacht durch ungleichmäßige Anziehungskräfte der Moleküle an der Oberfläche.

Leistung (P): Arbeit pro Zeiteinheit.

Stationäre und gleichförmige Strömung: Eine Strömung ist stationär, wenn sich die Geschwindigkeit nicht mit der Zeit ändert. Sie ist gleichförmig, wenn die Bewegungsbedingungen an allen Stellen gleich sind.

Diskrete Rohrverteilung: Ein Rohr mit gleichmäßig verteilten Auslässen. Der Durchfluss nimmt entlang der Leitung ab, bis er am Ende null erreicht.

Einflussfaktoren auf die Saughöhe:

• Dichte: Erhöhte Dichte durch Sand oder Salz verringert die Saughöhe.
• Höhe über dem Meeresspiegel: Ein niedrigerer atmosphärischer Druck verringert die Saughöhe.
• Temperatur: Höhere Temperaturen lassen das Wasser früher sieden.

Druckstoß (Coup de bélier): Ein vorübergehendes Phänomen, das durch plötzliche Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit in einer Rohrleitung entsteht und Druckwellen verursacht.

Physikalische Einheiten und Dimensionen

• Kinematische Viskosität: ν = μ / ρ = L²T⁻¹
• Dynamische Viskosität: ML⁻¹T⁻¹
• Oberflächenspannung: σ = F / L = MT⁻²
• Schubspannung: MT⁻²
• Leistung: P = W / t = ML²T⁻³
• Impuls: p = m · v = MLT⁻¹
• Durchfluss: Q = V / t = L³T⁻¹
• Dichte: ρ = m / V = ML⁻³
• Druck: p = F / A = ML⁻¹T⁻²