Dynamik Von Flüssigkeiten Und Gasen Flashcards
Unterschiede Fluide und Festkörper
Innere Struktur von Fluiden ist von molekularbewegung gekennzeichnet
Unterschied Gas und Flüssigkeit
Gas verringert unter Druck sein Volumen, Flüssigkeit kann kaum zusammengedrückt werden
Volumenänderungen durch Druck können bei Wasser (inkompressibles Fluid) bzgl. Der Dichte vernachlässigt werden
Was passiert wenn zwischen zwei Stellen in einer Flüssigkeit oder in einem Gas ein Druckunterschied besteht
Strömung vom hohen zum niedrigen Druck
Strömende Gase verhalten sich sehr ähnlich wie strömende Flüssigkeiten
Wie kann man Strömungen optisch sichtbar machen?
Es können kleine Teile zugegeben werden (z.B. Rauch oder Farbpartikel)
-> Stromlinien sind nun erkennbar
Was bedeutet „stationäre Strömung“?
Wenn Strömungsbedingungen konstant bleiben, d.h. Keine zeitliche Änderung des Zustands an einem Ort stattfinden
Und sich ein gleichbleibendes Strömungsbild zeigt
Wann ist eine Strömung instationär, und was ist ein Beispiel für eine instationäre Strömung?
Wenn sich das Strömungsbild fortlaufend verändert z.B die Luftströmung in der Atmosphäre
Was ist ein ideales Fluid?
inkompressibel
Flüssigkeit:sind quasi nicht zusammendrückbar, d.h. Verändern sie beim strömen nicht ihr Volum
Gas: verinfacht annahme: sie verändern ihr Volumen nicht (z.B. Strömungsgeschwindigkeit des Gases liegt deutlich unter der Schallgeschwindigkeit
reibungsfrei Strömung findet ohne Reibung statt, die Annahme gilt für dünnflüssige Flüssigkeiten wie z.B. Wasser
In Wirklichkeit gibt es solche Fluide nicht, zur Berechnung vieler Anwendungsfälle ist die Annahme aber zulässig
Laminare/gleichmäßige Strömung
In Betrag und Richtung der Geschwindigkeit
Wie kommt es zu einer Strömung von Flüssigkeiten oder Gasen?
Ein Druckunterschied bewirkt eine Strömung vom hohen zum niedrigen Druck.
Was besagt die Kontinuitätsgleichung?
Durchströmt eine Flüssigkeit ein Rohr mit wechselndem Querschnitt (z.B. ein teilweise verengtes Blutgefäß eines Menschen), so muss sich auch die Durchflussgeschwindigkeit ändern, siehe Abbildung.
Da es sich um eine inkompressible Flüssigkeit handelt, muss das in einem ZeitintervalltdurchdenQuerschnitt A1strömendeFlüssigkeitsvolumenV1
genauso groß sein wie das durch den Querschnitt A2 strömende Flüssigkeitsvolumen V2 .
Leite die Kontinuitätsgleichung her.
Was für Strömungen kennst du? Beschreibe diese.
Laminare Strömung ist gleichmäßig, d.h. Betrag und Richtung ändert sich nicht. Turbulente Strömung ist nicht gleichmäßig und das Fluid fließt unregelmäßig.
Wie entstehen Wirbel?
Laminare Strömung fängt beim Überschreiten einer kritischen Geschwindigkeit, auch Grenzgeschwindigkeit genannt, an, unruhig zu werden. (Die Grenzgeschwindigkeit wird durch die Reynoldszahl
(Bild) beschrieben, die abhängig von Rohrdurchmesser,
Geschwindigkeit und Viskosität des Fluids ist.) Wirbel sind drehende Bewegungen von Fluidelementen um eine gerade oder geschwungene Drehachse.
Wie entsteht turbulente Strömung?
Wirbel sind der Hauptbestandteil turbulenter Strömungen. Beim zunächst laminar, wirbelfrei umströmten Zylinder bilden sich bei zunehmender Strömungsgeschwindigkeit in einem charakteristischen Muster abwechselnd links- und rechtsdrehende Wirbel ab. Diese Wirbel sind weder stationär noch chaotisch (Strömungen in Kármán’schen Wirbelstraßen). Mit steigender Anströmungsgeschwindigkeit gegen ein Hindernis geht die Wirbelstraße in turbulente Strömung über
Was ist Druck? Einheiten?
Druck ist Kraft/Fläche
Die untere Abbildung zeigt drei wassergefüllte Gefäße mit unterschiedlicher Grundfläche A am Boden. Die Höhe des Wassers beträgt jeweils h4m.WiegroßistderDruck
auf den Boden im linken, mittleren und wie groß im rechten Gefäß, wenn die
DichtevonWasser
Der Druck ist in allen drei Gefäßen gleich:
Die Angabe des Reifendruckes „2 bar“ besagt, dass der Druck um 2 bar über dem äußeren Luftdruck liegt (Überdruck). Wie groß ist der Gesamtdruck im Autoreifen?
Der Schweredruck in einem See setzt sich aus dem Luft- und dem Wasserdruck zusammen. Wie groß ist der Gesamtdruck in 10 m Tiefe?
Leite die Bernoulligleichung her.
Strömt ein Fluid durch eine sich verengende Rohrleitung, erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit (Kontinuitätsgleichung). Die erforderliche
Kraft kommt aus einem Druckunterschied zwischen dem weiten und engen Rohrquerschnitt, d.h. der Druck im engen Querschnitt, muss kleiner als im weiten Querschnitt sein. Stellt man sich vor, beide Drücke werden durch zwei mitbewegte Kolben erzeugt, so erkennt man, dass der Kolben im weiten Querschnitt 1 gegenüber dem Kolben im engen Querschnitt 2 zur
Verschiebung eines bestimmten Fluidvolumens V eine größere Arbeit verrichten muss. Die Verschiebungsarbeit für einen Kolben mit Fläche A der sichübereineStreckesbewegtistKraftmalStrecke: Fs pAs pV. Die Differenz aus beiden Verschiebearbeiten (Querschnitt 1 minus 2) entspricht der Zunahme der Summe der kinetischen und potentiellen Energie des entsprechenden Fluidvolumens:
Die Summe der statischen, kinetischen und hydrostatischen Drücke ist konstant.
Beschreibe das Prinzip der Wasserstrahlpumpe.
Eine Wasserstrahlpumpe besteht aus einem
Rohr mit Düse, durch das Wasser strömt.
Daran befindet sich ein zweites Rohr. Dieses
Rohr wird mit einem Raum verbunden, aus
dem Luft herausgepumpt werden soll. Wenn
Wasser durch das Rohr strömt, dann erreicht
es im Bereich der Düse wegen des kleinen
Rohrquerschnitts eine große Geschwindigkeit
und kleinen Druck (Bernoulli) Luft aus der
Umgebung mit höherem Druck wird angesaugt. Der Druck in dem Gefäß verringert sich solange, bis er näherungsweise gleich dem statischen Druck in der Nähe der Düse ist.
Beschreibe das Prinzip eines Zerstäubers.
Bei einem Zerstäuber strömt Luft durch eine Düse. Die Strömungsgeschwindigkeit ist
im Bereich der Düse relativ groß, der statische Druck klein (Bernoulli) Flüssigkeit, die sich in einem Gefäß befindet, wird nach oben angesaugt.
Sie tritt aus einer Öffnung aus und wird durch die schnell strömende Luft zerstäubt.
Wie kommt es bei einem Sturm dazu, ein Hausdach abgedeckt wird?
Ursache ist der Zusammenhang zwischen der Strömungsgeschwindigkeit der Luft und dem statischen Druck. Strömt Luft sehr schnell
gegen ein Dach, so ist die Strömungsgeschwindigkeit über
den Dach besonders groß, (Bild 1 rechts).
Demzufolge ist dort der statische Druck relativ klein.
Im Haus selbst herrscht aber der normale Luftdruck. Durch diesen Druckunterschied können ein ganzes Dach oder Teile davon abgehoben werden.
Was ist der Staudruck und wie wird er gemessen?
Der Staudruck ist die Erhöhung des Drucks am Staupunkt eines umströmten Körpers gegenüber dem statischen Druck des Fluids. (Formel auf Bild)
Zur Messung des Staudrucks muss gemäß o.g. Formel der statische Druck vom Druck am Staupunkt ( p0 Gesamt- bzw. Totaldruck) abgezogen
werden. Dies kann durch eine getrennte Messung des statischen Drucks, gefolgt von einer rechnerischen Subtraktion, geschehen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Differenzdrucksensor zu verwenden, bei dem die Differenz auf physikalische Weise gebildet wird: dem Sensor wird mit Schläuchen der lokale Druck am Staupunkt und der statische Druck an einer Fläche senkrecht zur Anströmung zugeführt.
Beschreibe das hydrodynamische Paradoxon an einem Beispiel.
Durch den höheren Umgebungsdruck
gegenüber dem verringerten Druck im Luftstrom werden die Blätter (Bild rechts) zusammengedrückt. Diese Tatsache ist das hydrodynamische Paradoxon: Anstatt dass der eingeblasene Luftstrom die Blätter auseinanderdrückt, rücken sie zusammen. Gegenstände, die an Strömungszonen von
Gasen oder Flüssigkeiten angrenzen, werden
in sie hineingezogen.
Wie berechnet man die Ausflussgeschwindigkeit aus einem Gefäß?
Die Ausflussgeschwindigkeit der Flüssigkeit kann mithilfe der Bernoulli’schen Gleichung berechnet werden:
