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Inhaltsverzeichnis
1 Einführung
H. Oertel jr. 1
2 Eigenschaften der Flüssigkeiten und Gase
L. Prandtl, H. Oertel jr. 17
2.1 Eigenschaften der Flüssigkeiten 17
2.2 Lehre vom Spannungszustand 18
2.3 Der Flüssigkeitsdruck 21
2.4 Druckverteilung in einer Flüssigkeit bei Nichtberücksichtigung der Schwerkraft 22
2.5 Eigenschaften der Gase 23
2.6 Gleichgewicht einer schweren Flüssigkeit 26
2.7 Gleichgewicht eines schweren Gases 29
2.8 Wechselwirkung von Luftdruck und Flüssigkeitsdruck 32
2.9 Flüssigkeitsgleichgewicht bei anderen Kraftfeldern 35
2.10 Oberflächenspannung (Kapillarität)38
3 Kinematik der Flüssigkeiten und Gase
L. Prandtl, H. Oertel jr. 43
3.1 Darstellungsmittel 43
3.2 Kontinuität 46
3.3 Topologie einer Strömung 48
3.3.1 Kritische Punkte im Strömungsfeld 49
3.3.2 Strömungsbeispiele 54
4 Dynamik der Flüssigkeiten und Gase
L. Prandtl, H. Oertel jr. 57
4.1 Dynamik der reibungsfreien Flüssigkeit 57
4.1.1 Kräfte in einer strömenden Flüssigkeit, Bernoulli-Gleichung 57
4.1.2 Folgerungen aus der Bernoulli-Gleichung 61
4.1.3 Zusammenfluss zweier Flüssigkeiten, Trennflächen und Wirbelbildung 68
4.1.4 Druckmessung 72
4.1.5 Potentialströmung 74
4.1.6 Tragflügelauftrieb und Magnuseffekt 87
4.1.7 Wirbeldynamik 90
4.1.8 Impulssatz für stationäre Strömungen 94
4.1.9 Impulssatz für Strömungen mit Geschwindigkeitsschwankungen 102
4.1.10 Wellen auf einer freien Flüssigkeitsoberfläche 103
4.2 Dynamik zäher Flüssigkeiten 113
4.2.1 Zähigkeit (innere Reibung), Navier-Stokes-Gleichung 113
4.2.2 Mechanische Ähnlichkeit, Reynolds-Zahl 116
4.2.3 Laminare Grenzschichten 118
4.2.4 Entstehung der Turbulenz 121
4.2.5 Ausgebildete Turbulenz 131
4.2.6 Strömungsablösung und Wirbelbildung 140
4.2.7 Sekundärströmungen 145
4.2.8 Strömungen mit überwiegender Zähigkeit 149
4.2.9 Lagerschmierung 151
4.2.10 Strömungen durch Rohre und Kanäle 157
4.2.11 Widerstand von Körpern in Flüssigkeiten 162
4.2.12 Theorie des Flüssigkeitswiderstandes 164
4.2.13 Strömungen Nicht-Newtonscher Medien 172
4.3 Dynamik der Gase 177
4.3.1 Druckfortpflanzung, Schallgeschwindigkeit 177
4.3.2 Stationäre kompressible Strömungen 181
4.3.3 Energiesatz 186
4.3.4 Theorie des senkrechten Verdichtungsstoßes 187
4.3.5 Strömungen um Ecken, Freistrahlen 191
4.3.6 Näherungsverfahren für zweidimensionale Überschallströmungen 195
4.3.7 Strömungen mit schwachen Störungen 198
4.3.8 Profilumströmungen 202
5 Grundgleichungen der Strömungsmechanik
H. Oertel jr. 209
5.1 Kontinuitätsgleichung 209
5.2 Navier-Stokes-Gleichungen 210
5.2.1 Laminare Strömungen 210
5.2.2 Reynolds-Gleichungen für turbulente Strömungen 217
5.3 Energiegleichung 221
5.3.1 Laminare Strömungen 221
5.3.2 Turbulente Strömungen 225
5.4 Grundgleichungen in Erhaltungsform 227
5.4.1 Hierarchie der Grundgleichungen 227
5.4.2 Navier-Stokes-Gleichungen 227
5.4.3 Abgeleitete Modellgleichungen 231
5.4.4 Reynolds-Gleichungen für turbulente Strömungen 238
5.4.5 Mehrphasenströmungen 240
5.4.6 Reaktive Strömungen 243
5.5 Differentialgleichungen der Störungen 244
6 Aerodynamik
H. Oertel jr. 251
6.1 Grundlagen der Aerodynamik 251
6.1.1 Vogelflug und die technische Nachahmung 252
6.1.2 Profil und Tragflügel 254
6.1.3 Tragflügeltheorie 263
6.1.4 Aerodynamisches Versuchswesen 276
6.2 Transsonische Aerodynamik 277
6.2.1 Pfeilflügel 280
6.2.2 Stoß-Grenzschicht-Wechselwirkung 283
6.2.3 Strömungsablösung 286
6.3Überschallaerodynamik 287
6.3.1 Deltaflügel 289
7 Turbulente Strömungen
K. R. Sreenevasan 297
7.1 Grundlagen turbulenter Strömungen 297
7.2 Einsetzen der Turbulenz 298
7.2.1 Lineare Stabilität 299
7.2.2 Nichtlineare Stabilität 301
7.2.3 Nichtnormale Stabilität 302
7.3 Ausgebildete Turbulenz 303
7.3.1 Die Notation der Mischungsweglänge 303
7.3.2 Turbulente Durchmischung 305
7.3.3 Turbulente Energiebeziehungen 306
7.4 Klassifikation turbulenter Strömungen 308
7.4.1 Freie Turbulenz 308
7.4.2 Turbulenz in Wandnähe 310
7.4.3 Geschichtete Strömungen und Krümmungseffekte 316
7.4.4 Turbulenz im Windkanal 317
7.4.5 Zweidimensionale Turbulenz 320
7.5 Neue Entwicklungen 324
8 Strömungsmechanische Instabilitäten
H. Oertel jr. 329
8.1 Grundlagen strömungsmechanischer Instabilitäten 329
8.1.1 Beispiele strömungsmechanischer Instabilitäten 329
8.1.2 Stabilitätsdefinition 335
8.1.3 Lokale Störungen 338
8.2 Schichteninstabilitäten 340
8.2.1 Rayleigh-Bénard-Konvektion 340
8.2.2 Marangoni-Konvektion 352
8.2.3 Diffusions-Konvektion 355
8.2.4 Taylor-Instabilität 361
8.2.5 Görtler-Instabilität 366
8.3 Scherströmungsinstabilitäten 368
8.3.1 Grenzschichtströmungen 369
8.3.2 Tollmien-Schlichting- und Querströmungsinstabilität 376
8.3.3 Kelvin-Helmholtz-Instabilität 393
8.3.4 Nachlaufströmung 394
9 Konvektive Wärme- und Stoffübertragung
H. Oertel jr. 399
9.1 Grundlagen der Wärme- und Stoffübertragung 399
9.1.1 Freie und erzwungene Konvektion 399
9.1.2 Wärmeleitung und Konvektion 400
9.1.3 Diffusion und Konvektion 402
9.2 Freie Konvektion 403
9.2.1 Konvektion an der vertikalen Platte 403
9.2.2 Konvektion am waagerechten Zylinder 409
9.3 Erzwungene Konvektion 410
9.3.1 Rohrströmung 410
9.3.2 Grenzschichtströmung 415
9.3.3 Umströmte Körper 422
9.4 Wärme- und Stoffaustausch 422
9.4.1 Stoffaustausch an der ebenen Platte 423
10 Strömungen mit mehreren Phasen
U. Müller 427
10.1 Grundlagen der Strömungen mit mehreren Phasen 427
10.1.1 Definitionen 428
10.1.2 Strömungsformen 431
10.1.3 Strömungskarten 431
10.2 Strömungsmodelle 434
10.2.1 Das eindimensionale Zwei-Fluid-Modell 435
10.2.2 Mischungsmodelle 438
10.2.3 Das Driftströmungsmodell 440
10.2.4 Blasen und Tropfen 442
10.2.5 Sprühströmungen 445
10.3 Druckverlust und Volumenanteil in Hydraulikkomponenten 449
10.3.1 Der Reibungsdruckverlust in horizontalen geraden Rohren 449
10.3.2 Beschleunigungsdruckverluste 454
10.4 Ausbreitungsgeschwindigkeit von Dichtewellen und kritische Massenströme 458
10.4.1 Dichtewellen 458
10.4.2 Kritische Massenströme 460
10.4.3 Kavitation 467
10.5 Instabilitäten in Zweiphasen-Strömungen 472
11 Strömungen mit chemischen Reaktionen
J. Warnatz, U. Riedel 477
11.1 Grundlagen reaktiver Strömungen 477
11.1.1 Zeitgesetz und Reaktionsordnung 477
11.1.2 Zusammenhang von Vorwärts- und Rückwärtsreaktion 478
11.1.3 Elementarreaktionen und Reaktionsmolekularität 479
11.1.4 Temperaturabhängigkeit von Geschwindigkeitskoeffizienten 482
11.1.5 Druckabhängigkeit von Geschwindigkeitskoeffizienten 484
11.1.6 Eigenschaften von Reaktionsmechanismen 486
11.2 Laminare reaktive Strömungen 492
11.2.1 Struktur vorgemischter Flammen 492
11.2.2 Ausbreitungsgeschwindigkeit vorgemischter Flammen 494
11.2.3 Empfindlichkeitsanalyse 495
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Sachwortverzeichnis
L -Strukturen, 302, 377
P -Theorem, 638, 655
b-Funktion, 516
eN-Methode, 391
k-e-Turbulenzmodell, 511, 518
0-Hertz-Moden, 376
A
Abgasreinigung, 503
Ablösekriterium, 286
Ablösung, 120, 286, 287
Absaugung,144
absolute Instabilität, 337, 339, 395
absolute Vorticity, 552
Absolutgeschwindigkeit, 637
Absolutströmung, 637
Abtriebsleistung, 636
Ackeret-Gleichung, 258
Ackeret-Regel, 258, 289-291
adiabate Expansion, 25
adiabate Kompression, 25
adiabate Schichtung, 31
adiabate Wand, 231, 344
Äquipotentialfläche, 37
Aerodynamik, 1, 47, 251
Ätzgeschwindigkeit, 506
Ätzreaktor, 505
Ätzverfahren, 505
äußere Kräfte, 18, 19
Aggregation, 604
Aktivierungsenergie, 482
aliphatischer Kohlenwasserstoff, 492
Alkan-Oxidation, 492
aminar-turbulenter Übergang, 298
Aneroidbarometer, 24
Anfachungsrate, 372, 373
Anfahrwirbel, 70, 89, 263
anharmonischer Oszillator, 540
Anregungszustand, 540
Anstellwinkel, 259
Anstrichbild, 147
Aortenbogen, 623
Arbeitsbereich, 645
Arbeitsmaschinen, 12
Arbeitszahl, 639, 662, 663
Arrhenius-Gleichung, 482
Arrhenius-Parameter, 538, 539
Arterie, 601
Arterienerweiterung, 595
Arterienströmung, 622, 627
Arterienverzweigung, 624
Arteriole, 601
asymptotische Stabilität, 338
Atmosphäre, 9, 29
Atmosphärenströmung, 547
Atmung, 593
Atmungskreislauf, 596
Außengesetz, 137
Aufstau, 63
Auftrieb, 54, 87, 88, 255, 262
Auftriebsbeiwert, 257
Auftriebskraft, 27, 234
Auftriebslinie, 269
Auftriebsverteilung, 265
Ausdehnungskoeffizient, 24
Ausfluss, 61, 63, 67, 85
ausgebildete Rohrströmung, 160, 410
ausgebildete Turbulenz, 303
Auslegung, 641
Auslegungspunkt, 645
Austauschkoeffizient, 511
Austauschreaktion, 538
Axialverdichter, 637
B
barokline Instabilität, 552, 572, 577
Barometer, 24, 34
barometrische Höhenformel, 30
barotrope Strömung, 555
Basisgrößen, 638
bedingte Erwartungswerte, 527
Bernoulli-Gleichung, 57, 59, 61, 169, 170
Bernoulli-Konstante, 198
Beruhigungsstrecke, 277
Beschleunigungsdruckverlust, 454
Beta-Parameter, 553
Bewegungsgleichung, 178, 584, 610
Bezugsgeschwindigkeit, 228
Bezugslänge, 228
Bilanzgleichung für Inhaltsstoffe, 584
Bilanzgleichung für Wasserphasen, 584
Bildungsgeschwindigkeit, 481
bimolekularen Reaktionen, 483
Bioströmungsmechanik, 11, 593
Biot-Savart-Gesetz, 91, 267
Blasenkavitation, 468
Blasenströmung, 431, 432
Blasius-Gesetz, 159
Blut, 595
Blutgefäße, 622
Blutkörper, 595
Blutkreislauf, 598, 601
Blutplasma, 595, 603
Blutpuls, 595
Blutströmung, 12
Blutzirkulation, 593
Borda-Mündung, 97
Borghi-Diagramm, 530, 531
Boussinesq-Approximation, 234, 342
Boussinesq-Gleichung, 227, 234, 249
Boyle-Mariotte-Gesetz, 24, 25, 29
Brennkammer, 13, 633, 658
Brewer-Dobson-Zirkulation, 590
Brownsche Bewegung, 4
Brunt-Väisälä-Frequenz, 580
Brutto-Reaktionen, 479
Buffeting, 286
Bunsen-Brenner, 162, 500
C
Casson-Gleichung, 604
Chézysche Gleichung, 158
chemisches Nichtgleichgewicht, 539
chemisches Gleichgewicht, 538
chemisches Nichtgleichgewicht, 537
Choked Flow, 647
Choked Flow-Zustand, 650
Concorde, 293
Core-Engine, 12
Coriolis-Anteil, 652
Coriolis-Kraft, 547, 652
Coriolis-Parameter, 548
Couette-Viskosimeter, 363
Cross-Modell, 616
D
d'Alembertsches Prinzip, 95
Damköhler-Zahl, 531
Deltaflügel, 54, 287, 289
Desorption, 544
Diederumströmung, 163
Diastole, 600
Dichte, 228
Dichte gemittelte Enthalpie, 442
Dichtewelle, 458
Dichtewellen-Instabilität, 476
Dickenverteilung, 642
Diffusion, 402
Diffusions-Konvektion, 355, 399
Diffusions-Rayleigh-Zahl, 403
Diffusionsflamme, 508
Diffusionsfluss, 243
Diffusionsgeschwindigkeit, 243
Diffusionsstromdichte, 243
Diffusor, 98, 162
Dimensionsanalyse, 323
dimensionslose Kennzahl, 230
direkte numerische Simulation, 509
disperse Blasenströmung, 434
Dispersion, 105
Dispersionsrelation, 372
Dissipation, 320, 418
Dissipationsgeschwindigkeit, 511, 520
dissipative Flüsse, 229
Dissoziation, 538, 539
Dissoziationsenthalpie, 544
Dissoziationsgrad, 537
Dissoziationsreaktion, 538
Dobson-Einheit, 589
Doppeldiffusions-Instabilität, 356
Doppeldiffusions-Konvektion, 359
Double Circular Arc-Profil, 650
Drehimpulssatz, 101
drehungsfrei, 76, 232
Driftgeschwindigkeit, 430
Driftströmungsmodell, 440
Drossel, 184
Drosselscheibe, 161
Druck, 21, 230
Druckabhängigkeit, 484
Druckfortpflanzung, 177
Druckhöhe, 59
Druckkraft, 57
Druckseite, 644
Druckverhältnis, 635
Druckverteilung, 291
Druckwellen, 179
Druckwiderstand, 163
Druckwiderstandsbeiwert, 165
Druckzahl, 637, 654
Dynamik, 57, 113, 177
dynamischer Druck, 64
dynamische Zähigkeit, 113
E
Eötvös-Zahl, 443
ebene Platte, 423
Echokardiografie, 12
Eckenexpansion, 191
Eckenströmung, 134
Eddy-Break-Up-Modell, 518
Eddy-Dissipation-Modell, 529
Eddy-Viskositätskoeffizient, 305
Eigenwertproblem, 127, 372
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