Einleitung 21
UEber dieses Buch 21
Konventionen in diesem Buch 21
Wie dieses Buch strukturiert ist 21
Teil I: Methodik, Werkzeuge und Klassifizierung von Stroemungen 21
Teil II: Hydrostatik 21
Teil III: Aerostatik 22
Teil IV: Stroemung von Fluiden - es kommtBewegung ins System 22
Teil V: Impuls und Drall in Stroemungen 22
Teil VI: Kompressible Stroemungen - 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 Stroemungen 25
Kapitel 1 Charakteristische Merkmale der Stroemungsmechanik 27
Um was gehtesdenn bei der Stroemungsmechanik? 27
Was die Stroemungsmechanik von anderen Wissensgebieten unterscheidet 28
Veraenderung der Arbeitsweise von Stroemungsmechanikern im Verlauf der Geschichte 30
Kapitel 2 So arbeiten Stroemungsmechaniker 33
Stroemungssimulation in Windkanaelen 34
Wozu werden Windkanaele benoetigt? 34
Konstruktionsprinzipien von Windkanaelen 36
Stroemungssimulation 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 Festkoerper 41
Gliederung der Stroemungsmechanik 41
Bahnlinie und Stromlinie 43
Stromfaden und Stromroehre 47
Kapitel 4 Klassifizierung von Stroemungen oder wie man sich das Leben einfach gestalten kann 49
Reibung - reale und ideale Fluide 49
Zeitverhalten - stationaere, instationaere und quasistationaere Stroemungen 52
Dimensionen - ein-, zwei- oder dreidimensionale Stroemungen 54
Kompressibilitaet - kompressible und inkompressible Stroemungen 55
Mach-Zahl im Stroemungsfeld 56
Fliessverhalten 64
Teil II Hydrostatik 67
Kapitel 5 Druck oder was uns alle belastet 69
Druck als Zustandsgroesse 71
Druckbegriffe - alles nur eine Frage des Standpunkts 72
Druck als physikalische Groesse 73
Hydrostatischer Druck 74
Hydrostatisches oder Pascalsches Paradoxon 76
Verbundene Gefaesse oder kommunizierende Roehren 77
Begrenzung der Saugwirkung einer Pumpe 79
Kavitation 81
Druckmessung 82
Korrekturen: Einfluss von Temperatur und Luftfeuchte 84
Einbau von Drucksonden - statische Groessen und Totalgroessen 86
Kapitel 6 Statischer Auftrieb oder das tragische Ende eines Goldschmiedes 91
Statischer Auftrieb nach demPrinzip des Archimedes 91
Warum Ihre Badezimmerwaage luegt 93
Statischer Auftrieb als Ergebnis von Druckdifferenzen 93
Die Problematik des Schiffshebewerks 96
Grenzen des archimedischen Auftriebs 98
Kapitel 7 Oberflaechenspannung - warum der Wasserlaeufer nicht versinkt 101
Teilchenkraefte - was den Regentropfen zusammenhaelt 101
Kapillarwirkung 105
Einfache Methoden zur Bestimmung der Oberflaechenspannung 106
Kapillarmethode 106
Tropfen- oder Stalagmometermethode 107
Ringmethode 108
Kapitel 8 Druckkraefte auf Begrenzungsflaechen 109
Belastung einer ebenen horizontalen Flaeche 109
Belastung einer ebenen senkrechten Flaeche 110
Betrag der Kraft F 110
Lage des Kraftangriffspunktes d 111
Belastung einer ebenen geneigten Flaeche 114
Belastung einer gekruemmten, abwickelbaren Flaeche 114
Abwickelbare Flaechen 115
Berechnung der horizontalen Kraftkomponente 115
Berechnung der vertikalen Kraftkomponente 116
Berechnung der resultierenden Gesamtkraft 116
Belastung einer nicht-abwickelbaren Flaeche 117
Berechnung der horizontalen Kraftkomponenten 117
Berechnung der vertikalen Kraftkomponente 118
Berechnung der resultierenden Gesamtkraft 119
Kapitel 9 Fluide unter Beschleunigung 121
Niveauflaechen - ueberall 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 Stabilitaet schwimmender oder schwebender Koerper 129
Prinzip der statischen Stabilitaet 129
Berechnung des Stabilitaetsmasses 131
Teil III Aerostatik 133
Kapitel 11 Aufbau der Erdatmosphaere 135
Die Erdatmosphaere als Waermekraftmaschine 135
Der Systembegriff der Thermodynamik 135
Wetter als Ergebnis von Waermeaustauschprozessen 137
Chemische Zusammensetzung der Erdatmosphaere 138
Aufbau der Erdatmosphaere 138
Luftdruck als Funktion der Hoehe 143
Hydrostatische Grundgleichung 143
Polytrope Zustandsaenderung 143
Zusammenhang zwischen Hoehe, Druck, Temperatur und Dichte 144
Kapitel 12 Internationale Standardatmosphaere ISA - eine Norm, die nie erfuellt wird 147
Aufbau der Standardatmosphaere 147
Temperaturverteilung 148
Weitere sinnvolle Parameter, die Sie berechnen koennten 150
Kapitel 13 Hoehendefinitionen 153
Geometrische und absolute Hoehe 153
Geopotentielle Hoehe 154
Druckhoehe 155
Hoehenmessung 155
Verfahren waehrend des Fluges 156
Bedeutung der Druckhoehe fuer den Flugverkehr 157
Dichtehoehe 158
Teil IV Stroemung Von Fluiden - Es Kommt Bewegung Ins System 161
Kapitel 14 Basisgleichungen der Stroemungsmechanik 163
Kontinuitaetsgleichung - die Leitung ist dicht 163
Volumenstrom 163
Massestrom 164
Energieerhaltungssatz 165
Drei gute Gruende, den Kabineninndruck in einem Flugzeug niedrigzuhalten 167
Enthalpie und innere Energie 169
Kalorische Zustandsgleichungen 169
Innere Energie und Enthalpie fester und fluessiger Phasen 170
Innere Energie und Enthalpie idealer Gase 170
Vom ersten Hauptsatz der Thermodynamik zur Bernoulligleichung 171
Was Herr Bernoulli alles nicht beruecksichtigt 171
Kapitel 15 Ausfluss aus Behaeltern - die (fast) verdorbene Feier 177
Verlustfreies Ausstroemen aus Behaeltern 177
Verlustbehaftetes Ausfliessen aus Behaeltern 179
Verlusthoehe und Druckverlust 181
Verlustziffer und Ausflusskoeffizient 181
Kapitel 16 Stroemungen mit Energietransport 183
Beruecksichtigung 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 benoetigen 196
Mach-Zahl 196
Reynolds-Zahl 196
Froude-Zahl 199
Kapitel 18 Rohrstroemung 201
Unterschiedliche Stroemungsqualitaeten 201
Laminare Rohrstroemung 201
Turbulente Rohrstroemung 202
Druckverlust bei Rohrstroemungen 203
Druckverlust infolge des Rohrreibungswiderstands 203
Berechnung der Rohrreibungszahl 205
Hydraulisch glatte Rohre 206
Vollstaendig raue Rohre 207
UEbergangsgebiet zwischen glatt und rau 207
Druckverlust infolge von Einbauten 208
Richtungsaenderung 209
Eintrittsverluste 211
Austrittsverluste 212
Stufendiffusor 213
Konischer Diffusor 213
Stufenduese 214
Konische Duese 215
Druckverlust im Gesamtsystem 216
Hydraulischer Ersatzdurchmesser 216
Normblenden 217
Kapitel 19 Grenzschichtstroemungen 221
Entstehung einer Grenzschicht 222
Stroemungsgrenzschicht 223
Temperaturgrenzschicht 224
Grundzuege der Prandtlschen Grenzschichttheorie 227
Laminare Stroemungsgrenzschicht 227
Laminare Temperaturgrenzschicht 229
Turbulente Stroemungsgrenzschicht 230
Turbulente Temperaturgrenzschicht 234
Abloesung der Grenzschicht 235
Entstehung eines Abloesegebiets 235
Die Karmansche Wirbelstrasse - huebsch anzuschauen, aber auch laestig 236
Nachlaufdelle 237
Transition 238
Natuerliche Transition 238
Erzwungene Transition 239
Kapitel 20 Widerstand von Koerpern:Willkommen in der realen Welt! 245
Ursache des Widerstands - ein Makel der realen Welt 245
Reibungswiderstand 246
Druck-oder Formwiderstand - alles nur eine Frage derFormgebung 247
Entstehung des Druckwiderstands 247
Verringerung des Druckwiderstands oder warumder Golfball Dellen hat 248
Induzierter Widerstand - auch bei reibungsfreier Stroemung 251
Entstehung des induzierten Widerstands 251
Einflussfaktoren auf den induzierten Widerstand 252
Auswirkungen des induzierten Widerstands - erfreulich als auch unerfreulich 253
Interferenzwiderstand - des einen Freud, des anderen Leid 256
Gesamtwiderstand und quadratisches Widerstandsgesetz 257
Dimensionslose Beiwerte in der Stroemungsmechanik 259
Kapitel 21 Umstroemung stumpfer Koerper - einfache Loesungen fuer den taeglichen Gebrauch 263
Kugelumstroemung 263
Ideale, reibungsfreie Umstroemung einer Kugel (Potentialstroemung) 263
Reibungsbehaftete Umstroemung der Kugel 263
Einfluss derRauheit 265
Turbulenzfaktor 266
Turbulenzgrad 266
Zylinderumstroemung 268
Ideale reibungsfreie Umstroemung eines Zylinders (Potentialstroemung) 268
Reibungsbehaftete Umstroemung eines Zylinders 268
Teil V Impuls Und Drall in Stroemungen 271
Kapitel 22 Impuls - was uns alle antreibt 273
Auswirkung einer Stroemung auf ein durchstroemtes System 274
Definition eines Kontrollraums 274
Folgen aus dem dynamischen Grundgesetz 274
Analyse der auftretenden Kraefte 276
Vorgehensweise zurLoesung von Impulsaufgaben 278
Kapitel 23 Drallerhaltung - warum wir (fast) alle beim Reckturnen so schlecht waren 281
Drallerhaltung beziehungsweise Drehimpulserhaltung 281
Starrer Koerper in Rotation 282
Gesamtdrehimpuls desstarren Koerpers 282
Analogie zwischen Impuls und Drehimpuls 283
Drehimpulserhaltung 285
Einfluss derDrehimpulserhaltung bei Wetterphaenomenen - Tornado 287
Anwendung desDrallsatzes auf Stroemungsmaschinen 288
Drall am Beispiel einer axialen Stroemungsmaschine 288
Drall am Beispiel einer radialen Stroemungsmaschine 289
Teil VI Kompressible Stroemungen - Vergessen Sie (fast) Alles Bis Dato Gelernte 291
Kapitel 24 Vom Unterschall zum UEberschall 293
Thermodynamische Grundbegriffe und Annahmen 293
Ideales Gas 293
Innere Energie und Enthalpie 294
Entropie und zweiter Hauptsatz der Thermodynamik 295
Zustandsaenderungen 297
Isentrope Stroemungen 297
Statische Groessen und Totalgroessen 299
Kesselgleichungen 302
Stosswellen 304
Mach-Kegel 304
Charakteristische Mach-Zahl 304
Senkrechter Verdichtungsstoss 306
Schraeger Verdichtungsstoss 313
Expansionsstroemungen im UEberschall - Prandtl-Meyer-Expansion 318
Duesenstroemungen 319
Arbeitsprinzip einer Duese 320
Laval-Duese 324
Nicht-Angepasste Duese 327
Verdichtungs- und Verduennungswellen in UEberschallfreistrahlen 328
Ausstroemgeschwindigkeit 329
Diffusorstroemungen 331
Teil VII Top Ten Teil 333
Kapitel 25 Zehn Ratschlaege, um Spass an der Stroemungsmechanik zu haben 335
Grau ist alle Praxis -schoen ist nur die Theorie. 335
Lassen Sie sich nicht von der scheinbaren Komplexitaet eines Problems beeindrucken. 335
Beschaeftigen Sie sich mit Wetterphaenomenen. 335
Betreiben Sie stroemungsmechanische Archaeologie. 336
Trainieren Sie Ihre Faehigkeit, Groessenordnungen abzuschaetzen. 336
Begeistern Sie Ihr Umfeld fuer stroemungsmechanische Aspekte. 336
Studieren Sie die Biographien beruehmter Forscher auf demGebiet der Stroemungsmechanik. 336
Lesen Sie! 337
Programmieren Sie! 338
Nehmen Sie das Ganze nicht zu ernst! 338
Anhang A: Loesungen der Beispiele 339
Anhang B: In diesem Buch verwendete Symbole 385
Stichwortverzeichnis 391
