Start Mechanik Gase und Flüssigkeiten

Gase und Flüssigkeiten

Impulsaustausch als Ursache der Viskosität von idealen Gasen

Viskosität eines idealen Gases

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Die Viskosität von (idealen) Gasen beruht auf dem Impulstransport aufgrund von Diffusionsprozesse zwischen den einzelnen Fluidschichten Definition der Viskosität Im Artikel Viskosität wurde die Ursache der Viskosität hauptsächlich auf Anziehungskräfte zwischen den Schichten...
Normal- und Schubspannungen des viskosen Spannungstensors

Herleitung der Navier-Stokes-Gleichungen

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Die Navier-Stokes-Gleichungen dienen der Beschreibung von viskosen Strömungen. Erfahre in diesem Artikel mehr über die Herleitung dieser Gleichung. Euler-Gleichung Im Artikel Herleitung der Euler-Gleichung wurde folgende Gleichung zur Beschreibung der Bewegung von reibungsfreien...
Kreiselpumpe

Wie funktioniert eine Kreiselpumpe?

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Kreiselpumpen sind vielseitig einsetzbare Pumpen, bei denen die Druckerhöhung durch Zentrifugalkräfte zustande kommt. Radial-, Axial- und Halbaxialpumpen Kreiselpumpen sind Strömungsmaschinen die mit Hilfe der Zentrifugalkraft, erzeugt durch sich drehende Laufräder, Flüssigkeiten fördern. Kreiselpumpen...
Geodätische Förderhöhe (Saughöhe und Druckhöhe)

Förderhöhe und Verlusthöhe

Als Verlusthöhe bezeichnet man den Verlust an Energie einer strömenden Fluidmenge, bezogen auf die Gewichtskraft der Fluidmenge. Förderhöhe einer Pumpe Pumpen dienen zur Förderung von Gasen oder Flüssigkeiten. Diese Fluide werden in der...
Moody-Diagramm zur Bestimmung der Rohrreibungszahl in Abhängigkeit der Reynoldszahl

Moody-Diagramm

Das Moody-Diagramm ist eine graphische Darstellung der Rohrreibungszahl in Abhängigkeit der Reynolds-Zahl für ausgewählte Rauigkeiten der Rohrwand. Druckverlust Im Artikel Druckverlust in Rohrsystemen (Rohrreibungszahl) wurde auf den Druckverlust in Rohrleitungen und den damit...
Ventil und Rohrkrümmer in einem Rohrleitungssystem

Druckverlust in Rohrsystemen (Rohrreibungszahl)

Druckverluste in Rohrleitungen entstehen durch Reibungseffekte im Fluid (Viskosität) und zwischen Fluid und Wand. Zudem entstehen in einzelnen Bauteilen Druckverluste. Einleitung Strömen Fluide durch Rohre, dann treten unweigerlich Energieverluste auf. Dies ist zum...
Flettner-Rotor an einem Schiff

Was ist der Magnus-Effekt?

Als Magnus-Effekt bezeichnet man die seitlich wirkende Kraft auf rotierende runde Körper in einer Strömung! Einleitung Jeder der schon einmal Fußball gespielt hat, hat sehr wahrscheinlich mit dem Magnus-Effekt bereits zu tun gehabt....
Befüllen eines höher gelegenen Pools

Aufgaben und Lösungen zur Bernoulli-Gleichung

In diesem Artikel sind ausgewählte Aufgaben mit Lösungen für die Anwendung der Bernoulli-Gleichung gegeben. Bernoulli-Gleichung Die Bernoulli-Gleichung beruht auf der Energieerhaltung von strömenden Fluiden. Die Herleitung wurde im Artikel Herleitung der Bernoulli-Gleichung ausführlich...
Venturi-Rohr (Venturi-Düse)

Bernoulli-Effekt (Venturi-Effekt)

Als Bernoulli-Effekt bezeichnet man die Abnahme des (statischen) Drucks in strömenden Fluiden mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit. Druck als volumenspezifische Energie Druck wird in der Einheit N/m² gemessen (Kraft pro Flächeneinheit). Erweitert man diesen Quotienten...
Prandtl-Rohr (Staudrucksonde)

Was ist ein Prandtl Rohr (Staurohr) und wie funktioniert es?

Das Prandtl-Rohr dient der Messung des dynamischen Drucks. Hieraus kann die Strömungsgeschwindigkeit relativ zum Staurohr bestimmt werden. Staudruck und Staupunkt Trifft eine Strömung auf eine Platte oder auf einen anderen Gegenstand, dann wird...
Abdecken eines Dachs durch einen Sturm auf der windabgewandten Seite

Beispiele und Anwendungen des Bernoulli-Effekts

Erfahren Sie in diesem Artikel mehr über Beispiele und technische Anwendungen des Bernoulli-Effektes. Bernoulli-Effekt (Venturi-Effekt) Der Bernoulli-Effekt (auch als Venturi-Effekt bezeichnet) beschreibt die mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit verbundene Druckabnahme in strömenden Gasen oder Flüssigkeiten....

Thermische Grenzschicht und Konzentrationsgrenzschicht

Neben der hydrodynamischen Grenzschicht beeinflusst auch die thermische Grenzschicht und die Konzentrationsgrenzschicht den gesamten Wärme- und Stofftransport einer Strömung entscheidend. Erfahren Sie in diesem Artikel mehr darüber. Dieser Artikel liefert unter anderem...
Widerstandsbeiwerte verschiedener Körper

Widerstandsbeiwert (Reibungsbeiwert und Druckbeiwert)

Widerstandsbeiwerte sind dimensionslose Ähnlichkeitskenngrößen zur Beschreibung des Widerstandes von umströmten Körpern. Strömungswiderstand (Reibungswiderstand und Druckwiderstand) Bewegt sich ein Körper durch ein Fluid oder wird ein Körper von einem Fluid umströmt, dann wirken auf...
Vollständig laminare Umströmung einer Kugel

Umströmung kugelförmiger Körper (Stokes’sche Reibungsgesetz)

Das Stokes'sche Reibungsgesetz beschreibt den Strömungswiderstand auf einen kugelförmigen Körper, der laminar umströmt wird. Strömungswiderstand und Widerstandsbeiwert Wird ein Körper von einem Fluid (Flüssigkeit oder Gas) umströmt, so reibt das umströmende Fluid am...
Turbulatoren an der Tragfläche eines Flugzeuges zur Erzeugung einer turbulenten Umströmung

Grenzschichtablösung (Strömungsabriss)

Bei einer Grenzschichtablösung (Strömungsabriss) kann die Strömung der Kontur des umströmten Körpers nicht mehr folgen und löst sich turbulent von dieser ab. Einleitung Strömt ein Fluid um einen Körper, dann wirken aufgrund der...

Dimensionslose Kennzahlen der Grenzschichten (Prandtl-Zahl, Schmidt-Zahl, Lewis-Zahl)

Zur Beschreibung des Wärme- und Stofftransports führt man dimensionslose Kennzahlen ein, um die Transportvorgänge innerhalb der Grenzschichten zu beschreiben. Erfahren Sie in diesem Artikel mehr darüber. Dieser Artikel liefert unter anderem...
Beschleunigung der Luft beim Umströmen einer Tragfläche und die damit verbundene Druckabnahme

Strömungswiderstand (Reibungswiderstand & Druckwiderstand)

Als Strömungswiderstand bezeichnet man die Widerstandskraft, die ein bewegter Körper in einem Fluid durch Reibungskräfte und Druckkräfte erfährt. Einleitung Im Artikel zu den Grenzschichten wurde am Beispiel einer umströmten Platte erläutert, dass innerhalb...
Konvektiver Wärmetransport zwischen einem erwärmten Rohr und einem hindurch strömenden Fluid

Prandtl-Zahl

Die Prandtl-Zahl ist eine dimensionslose Ähnlichkeitskenngröße zur Beschreibung des Wärme- und Impulstransports. Definition Im Artikel zu den verschiedenen Grenzschichten wurde auf die Bedeutung dieser Grenzschichten was den Wärme- und Stoffübergang angeht, bereits ausführlicher...
Schmidt-Zahl als Maß für das Verhältnis der Dicken von hydrodynamischer Grenzschicht und der Konzentrationsgrenzschicht

Schmidt-Zahl

Die Schmidt-Zahl ist eine dimensionslose Ähnlichkeitskenngröße zur Beschreibung des Stoff- und Impulstransports. Nicht nur der Impulstransport und der Wärmeübergang beeinflussen sich gegenseitig wie im Artikel zur Prandtl-Zahl bereits ausführlich erläutert. Auch Impulstransport...
Lewis-Zahl als Maß für das Verhältnis der Dicken von thermischer Grenzschicht und Konzentrationsgrenzschicht

Lewis-Zahl

Die Lewis-Zahl ist eine dimensionslose Ähnlichkeitskenngröße zur Beschreibung des Wärme- und Stofftransports. Die Lewis-Zahl kommt also immer dann ins Spiel, wenn in einem strömenden Fluid sowohl ein Wärmetransport durch Leitung als auch...
Konvektive Wärmeübertragung an einer flachen Platte mit laminar-turbulenter Strömung

Berechnung der Nusselt-Zahlen für erzwungene Strömungen über Platten und in Rohren

In diesem Artikel finden Sie Formeln zur Berechnung der lokalen und mittleren Nusselt-Zahlen für erzwungene Strömungen über Platten und in Rohren mit kreisförmigem Querschnitt. Nusselt-Zahl Die Definition und die Bedeutung der Nusselt-Zahl als...
Definition des Wärmeübergangskoeffizienten für konvektiven Wärmetransport

Wärmeübergangskoeffizient für Konvektion

Der Wärmeübergangskoeffizient beschreibt den konvektiven Wärmeübergang von einem Festkörper auf ein strömendes Fluid und umgekehrt! Einleitung Der Wärmeübergangskoeffizient beschreibt den konvektiven Wärmeübergang von einem Festkörper auf ein strömendes Fluid (Gas bzw. Flüssigkeit) oder...
Einfluss der hydrodynamischen und thermischen Grenzschicht auf den konvektiven Wärmeübergang

Nusselt-Zahl zur Beschreibung konvektiver Wärmeübergänge

Die Nusselt-Zahl ist eine dimensionslose Ähnlichkeitskenngröße zur Beschreibung des konvektiven Wärmeübergangs, unabhängig der Größe des Systems. Einleitung Der konvektive Wärmeübergang beschreibt den Wärmetransport zwischen einer festen Oberfläche und eines strömenden Fluids. Der dabei...
Definition der hydrodynamischen Grenzschicht (Geschwindigkeitsgrenzschicht)

Hydrodynamische Grenzschicht

Die hydrodynamische Grenzschicht einer Strömung beeinflusst den Wärme- und Stofftransport entscheidend. Einleitung In diesem Artikel betrachten wir die Grenzschichten zwischen einem Festkörper und einem strömenden Fluid etwas näher. Solche Grenzschichten beeinflussen zum...
Fluidelement auf einer gekrümmten Stromlinie

Bewegungsgleichung eines Fluids auf einer Stromlinie

In diesem Artikel leiten wir die Bewegungsgleichung eines Fluidelements auf einer Stromlinie und senkrecht dazu her. Einleitung Im Folgenden möchten wir die Bewegungsgleichung eines Fluidelements auf einer Stromlinie für eine ebene, laminare...
Bahnlinie (Bahnkurve) eines Papierschiffs in einem stationär strömenden Gewässer

Unterschied zwischen Stromlinien, Bahnlinien, Streichlinien und Zeitlinien

Stromlinien, Bahnlinien, Streichlinien oder der Zeitlinien dienen der Veranschaulichung von Strömungen. Bahnlinien (Bahnkurven) Bahnlinien sind Strömungswege, die die Fluidteilchen beim Strömen nehmen. Diese Strömungspfade werden auch Bahnkurven genannt. Sichtbar machen kann man Bahnlinien,...
Herleitung der Bernoulli-Gleichung anhand einer Strömung in einer Rohrleitung

Herleitung der Bernoulli-Gleichung

Die Bernoulli-Gleichung beschreibt die Beziehung zwischen statischem, dynamischem und hydrostatischem Druck für nicht-viskose und inkompressible Fluide. Statischer, dynamischer und hydrostatischer Druck Aufgrund des wirkenden Drucks in ruhenden Fluiden wird eine Kraft auf Grenzflächen...
Druckdifferenz als Antrieb für Strömungen

Herleitung Hagen-Poiseuille-Gesetz für Rohrströmungen mit Reibung

Das Hagen-Poiseuille-Gesetz beschreibt das parabelförmige Geschwindigkeitsprofil von reibungsbehafteten, laminaren Rohrströmungen von inkompressiblen, newtonschen Fluiden. Antrieb und Widerstand für Strömungsprozesse Die Beschreibung von Rohrströmungen ist in vielen Fällen in der Natur und Technik von...
Aufteilung des Druckabfalls auf verschiedene Ursachen

Energetische Betrachtung des Hagen-Poiseuille-Gesetzes

Das Hagen-Poiseuille-Gesetz zur Beschreibung des parabolischen Geschwindigkeitsprofils gilt aus energetischen Gründen nur für lange Rohr. Zusammenfassung der Gesetzmäßigkeiten Wie im Artikel zum Hagen-Poiseuille-Gesetz ausführlich hergeleitet, lässt sich die Hagen-Poiseuille-Strömung mit dem typischen parabolischen...
Aufbau eines Rotations-Viskosimeters

Experimentelle Bestimmung der Viskosität (Viskosimetrie)

Als Viskosimetrie bezeichnet man die experimentelle Bestimmung der Viskosität (Zähigkeit) von Flüssigkeiten und Gasen. Definition der Viskosität (Newtonsches Reibungsgesetz) Die Viskosität beschreibt den inneren Fließwiderstand eines Fluids. Sie ist über die Schubspannung τ...
Flugzeugmodell im Windkanal zur Untersuchung des Umströmungsverhaltens

Reynolds-Zahl (laminare und turbulente Strömung)

Die Reynolds-Zahl ist eine dimensionslose Ähnlichkeitskenngröße zur Beschreibung der Strömungsvorgänge für erzwungene Strömungen. Laminare und turbulente Strömung Im Artikel zur Viskosität wurde voraussetzt, dass die Bewegung des Fluids in einzelnen Schichten aufgeteilt werden...
Zahnpasta als typisches Beispiel eines nicht-newtonschen Fluids (Bingham Fluid)

Viskosität von Flüssigkeiten und Gasen

Die Viskosität ist ein Maß für den inneren Fließwiderstand eines Fluids! Sie kommt durch intermolekulare Anziehungskräfte und durch Impulsströme zustande. Einleitung Betrachtet man das Fließverhalten von Wasser im Vergleich zu Honig, dann fallen...
Einfluss der Sinkgeschwindigkeit auf die Ausströmgeschwindigkeit

Ausströmen von Flüssigkeiten (Torricelli’s Theorem)

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Das Torricelli Theorem besagt, dass die Ausflussgeschwindigkeit einer Flüssigkeit aus einem Behälter, einem freien Fall gleicht. Ausflussgeschwindigkeit Herleitung Man kann die Geschwindigkeit mit der eine Flüssigkeit in einem Gefäß aufgrund des hydrostatischen Drucks durch...
Trockenadiabatischer und feuchtadiabatischer Temperaturgradient

Herleitung der erweiterten barometrischen Höhenformel (adiabatische Atmosphäre)

Die erweiterte barometrische Höhenformel berücksichtigt die Temperaturabnahme mit zunehmender Höhe und die damit verbundenen Auswirkungen auf den Luftdruck. Klassische barometrische Höhenformel Im Artikel Barometrische Höhenformel wurde die barometrische Höhenformel unter der Annahme einer...
Heißluftballon

Wie funktioniert ein Heißluftballon: Auftrieb in Gasen

Auftriebskräfte wirken nicht nur in Flüssigkeiten, sondern auch in Gasen. Am Beispiel eines Heißluftballons soll dies im Folgenden verdeutlicht werden. Auftriebskraft Im Artikel Auftrieb wurde auf die physikalische Ursache und das Zustandekommen der...
Hydraulischer Wagenheber

Wie funktioniert ein hydraulischer Wagenheber: Pascalsches Gesetz

Ein hydraulischer Wagenheber beruht auf dem Pascalschen Gesetz, das besagt, dass der Druck in Flüssigkeiten in alle Richtungen gleichermaßen wirkt. Pascalsches Gesetz Im Artikel Druck wurde bereits erläutert, dass sich der Druck in...
Veranschaulichung des Saug-Heber-Prinzips

Saugheber

Erfahre in diesem Artikel mehr darüber, was ein Saugheber ist wie dieser in der Praxis funktioniert. Einleitung Möchte man bspw. im Sommer einen Pool über einen Schlauch entleeren, so muss nur das eine...
Wasserturm

Anwendungen und Beispiele des hydrostatischen Drucks

Erfahre in diesem Artikel mehr über Anwendungen und Beispiele im Zusammenhang mit dem hydrostatischen Druck. Hydrostatischer Druck Im Artikel Druck in Flüssigkeiten wurde das Zustandekommen des hydrostatischen Druck und dessen Berechnung ausführlich erläutert....
Einfluss der Gefäßform auf den hydrostatischen Druck

Druck in Flüssigkeiten (hydrostatischer Druck)

Der Druck in einer bestimmten Tiefe einer Flüssigkeit, der aufgrund der Gewichtskraft der darüber liegenden Flüssigkeitssäule zustande kommt, wird als hydrostatischer Druck bezeichnet! Einleitung Auf die analoge Weise wie die freien Teilchen in...
Containerschiff

Warum schwimmen Schiffe: Auftrieb in Flüssigkeiten

Als Auftrieb bezeichnet man die entgegen der Schwerkraft gerichtete Kraft, die ein Körper beim Eintauchen in ein Fluid (Flüssigkeit oder Gas) erfährt. Einleitung Jeder hat wahrscheinlich schon einmal versucht eine andere Person hochzuheben...
Druck auf eine ebene Oberfläche

Druck in Gasen

Die Druckwirkung von Gasen kommt auf mikroskopischer Ebene durch Stoßprozesse der Gasteilchen zustande! Einleitung Im Artikel Druck wurde der Druckbegriff bereits ausführlich erläutert. Der Druck p bestimmt sich als Quotient von Kraft F...
Zusammendrücken einer Reißzwecke zwischen zwei Fingern

Druck

Der Druck beschreibt die Kraftverteilung auf einer Fläche und ist somit ein Maß für Stärke mit der eine Fläche belastet wird! Definition Im Alltag begegnet einem häufig der Begriff des Drucks. Beim Backen...
Trinkhalm in einem Glas mit Wasser

Wie funktioniert das Trinken mit einem Trinkhalm?

Durch das Saugen wird im Trinkhalm ein Unterdruck erzeugt, sodass der größere Umgebungsdruck, das Getränk durch den Trinkhalm drückt. Einleitung Das Trinken aus einem Strohalm klingt zunächst recht einfach. Ein Ende des Halms...
Verringerung der Luftdichte mit zunehmender Höhe

Herleitung der barometrische Höhenformel (isotherme Atmospäre)

Die barometrische Höhenformel beschreibt die Abnahme des Luftdrucks mit zunehmender Höhe. Einleitung Auf Meereshöhe beträgt der atmosphärische Luftdruck rund 1 bar. Die Praxis zeigt aber, dass der Luftdruck mit steigender Höher mehr und...