Strömungsmechanik

Peter Hakenesch studierte Maschinenbau, Fachrichtung Luft- und Raumfahrttechnik, an der TU München und promovierte dort. Danach arbeitete er als Entwicklungsingenieur und Projektleiter unter anderem bei MBB und EADS. Seit 2007 hat er die Professur für Aerodynamik und Fluidmechanik an der Hochschule München inne.

Einleitung 21

Über dieses Buch 21

Konventionen in diesem Buch 21

Wie dieses Buch strukturiert ist 21

Anhang 23

Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 23

Wie es weitergeht 23

Teil I Methodik, Werkzeuge und Klassifizierung von Strömungen 25

Kapitel 1 Charakteristische Merkmale der Strömungsmechanik 27

Um was geht es denn bei der Strömungsmechanik? 27

Was die Strömungsmechanik von anderen Wissensgebieten unterscheidet 28

Veränderung der Arbeitsweise von Strömungsmechanikern im Verlauf der Geschichte 30

Kapitel 2 So arbeiten Strömungsmechaniker 33

Strömungssimulation in Windkanälen 34

Wozu werden Windkanäle benötigt? 34

Konstruktionsprinzipien von Windkanälen 36

Strömungssimulation 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 Festkörper 41

Gliederung der Strömungsmechanik 41

Bahnlinie und Stromlinie 43

Stromfaden und Stromröhre 47

Kapitel 4 Klassifizierung von Strömungen oder wie man sich das Leben einfach gestalten kann 49

Reibung - reale und ideale Fluide 49

Zeitverhalten - stationäre, instationäre und quasistationäre Strömungen 52

Dimensionen - ein-, zwei- oder dreidimensionale Strömungen 54

Kompressibilität - kompressible und inkompressible Strömungen 55

Mach-Zahl im Strömungsfeld 56

Fließverhalten 64

Teil II Hydrostatik 67

Kapitel 5 Druck oder was uns alle belastet 69

Druck als Zustandsgröße 71

Druckbegriffe - alles nur eine Frage des Standpunkts 72

Druck als physikalische Größe 73

Hydrostatischer Druck 74

Hydrostatisches oder Pascalsches Paradoxon 76

Verbundene Gefäße oder kommunizierende Röhren 77

Begrenzung der Saugwirkung einer Pumpe 79

Kavitation 81

Druckmessung 82

Korrekturen: Einfluss von Temperatur und Luftfeuchte 84

Einbau von Drucksonden - statische Größen und Totalgrößen 86

Kapitel 6 Statischer Auftrieb oder das tragische Ende eines Goldschmiedes 91

Statischer Auftrieb nach dem Prinzip des Archimedes 91

Warum Ihre Badezimmerwaage lügt 93

Statischer Auftrieb als Ergebnis von Druckdifferenzen 93

Die Problematik des Schiffshebewerks 96

Grenzen des archimedischen Auftriebs 98

Kapitel 7 Oberflächenspannung - warum der Wasserläufer nicht versinkt 101

Teilchenkräfte - was den Regentropfen zusammenhält 101

Kapillarwirkung 105

Einfache Methoden zur Bestimmung der Oberflächenspannung 106

Kapillarmethode 106

Tropfen- oder Stalagmometermethode 107

Ringmethode 108

Kapitel 8 Druckkräfte auf Begrenzungsflächen 109

Belastung einer ebenen horizontalen Fläche 109

Belastung einer ebenen senkrechten Fläche 110

Betrag der KraftF 110

Lage des KraftangriffspunktesD 111

Belastung einer ebenen geneigten Fläche 114

Belastung einer gekrümmten, abwickelbaren Fläche 114

Abwickelbare Flächen 115

Berechnung der horizontalen Kraftkomponente 115

Berechnung der vertikalen Kraftkomponente 116

Berechnung der resultierenden Gesamtkraft 116

Belastung einer nicht-abwickelbaren Fläche 117

Berechnung der horizontalen Kraftkomponenten 117

Berechnung der vertikalen Kraftkomponente 118

Berechnung der resultierenden Gesamtkraft 119

Kapitel 9 Fluide unter Beschleunigung 121

Niveauflächen - überall 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 Stabilität schwimmender oder schwebender Körper 129

Prinzip der statischen Stabilität 129

Berechnung des Stabilitätsmaßes 131

Teil III Aerostatik 133

Kapitel 11 Aufbau der Erdatmosphäre 135

Die Erdatmosphäre als Wärmekraftmaschine 135

Der Systembegriff d