E-Book, Deutsch, 797 Seiten, eBook
Oertel jr. Prandtl - Führer durch die Strömungslehre
14. Auflage 2017
ISBN: 978-3-658-08627-5
Verlag: Springer
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark
Grundlagen und Phänomene
E-Book, Deutsch, 797 Seiten, eBook
Reihe: Prandtl - Führer durch die Strömungslehre
ISBN: 978-3-658-08627-5
Verlag: Springer
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark
Dieses Fachbuch gilt unumstritten als das Standardwerk der Strömungslehre. In der von renommierten Strömungswissenschaftlern verfassten aktuellen 14. Auflage wurden alle Kapitel auf den neuesten Erkenntnisstand gebracht. In ganzheitlicher Weise werden die Strömungen vom phänomenologischen Standpunkt her betrachtet und Systematiken daraus abgeleitet. Den Autoren gelingt es, den Blick für das Verständnis von Einflüssen und Vorgängen zu schärfen. Der Prandtl ist als klassisches Lehrbuch aber auch als Nachschlagewerk besonders gut geeignet. Die Printauflage wurde erstmalig parallel zu einer living edition auf Springer Reference entwickelt, bei der Änderungen jederzeit eingearbeitet werden können.
Der Herausgeber ist Prof. Prof. e. h. Dr.-Ing. habil. Herbert Oertel jr., Institut für Strömungsmechanik des Karlsruher Instituts für Technologie.
Die Mitautoren sind renommierte Hochschullehrer aus dem In- und Ausland.
Zielgruppe
Professional/practitioner
Autoren/Hrsg.
Weitere Infos & Material
1;Inhaltsverzeichnis;8
2;Mitarbeiterverzeichnis;10
3;1 Grundlagen der Strömungsmechanik;11
3.1;1 Einführung;11
3.2;2 Eigenschaften der Flüssigkeiten und Gase;26
3.2.1;2.1 Eigenschaften der Flüssigkeiten;26
3.2.2;2.2 Lehre vom Spannungszustand;27
3.2.3;2.3 Der Flüssigkeitsdruck;29
3.2.3.1;Druckverteilung in einer Flüssigkeit ohne Schwerkraft;31
3.2.3.2;Gleichgewicht einer schweren Flüssigkeit;32
3.2.4;2.4 Eigenschaften der Gase;36
3.2.5;2.5 Gasdruck;38
3.2.6;2.6 Wechselwirkung von Gasdruck und Flüssigkeitsdruck;42
3.2.7;2.7 Gleichgewicht bei anderen Kraftfeldern;46
3.2.8;2.8 Oberflächenspannung (Kapillarität);50
3.3;3 Kinematik der Strömungen;55
3.3.1;3.1 Darstellungsmittel;55
3.3.2;3.2 Beschleunigung einer Strömung;59
3.3.3;3.3 Topologie einer Strömung;61
3.4;Weiterführende Literatur;68
4;2 Dynamik der reibungsfreien Flüssigkeit;70
4.1;1 Kontinuität und Bernoulli-Gleichung;70
4.2;2 Folgerungen aus der Bernoulli-Gleichung;75
4.2.1;2.1 Ausfluss aus einem Gefäß unter dem Einfluss der Schwere;75
4.2.2;2.2 Ausfluss aus einem Gefäß unter dem Einfluss eines inneren Überdruckes;77
4.2.3;2.3 Staupunktströmung;78
4.2.4;2.4 Strömung in einem Spiralgehäuse;80
4.2.5;2.5 Instationäre Strömung;82
4.3;3 Druckmessung;84
4.4;4 Trennflächen und Wirbelbildung;86
4.5;5 Potentialströmung;89
4.5.1;5.1 Potentialgleichung;93
4.5.2;5.2 Staupunktströmung;94
4.5.3;5.3 Quellen und Senken;96
4.5.4;5.4 Ebene Bewegung;97
4.6;6 Tragflügelauftrieb und Magnus-Effekt;103
4.7;7 Impulssatz für stationäre Strömungen;106
4.7.1;7.1 Reaktionskräfte in gekrümmten Kanälen;108
4.7.2;7.2 Reaktionskräfte in Freistrahlen;108
4.7.3;7.3 Plötzliche Erweiterung;109
4.7.4;7.4 Schweben schwerer Körper in Luft;111
4.7.5;7.5 Schaufelgitter, Satz von Kutta und Joukowski;111
4.7.6;7.6 Impulsmomente, Eulersche Turbinengleichung;114
4.8;8 Wellen auf einer freien Flüssigkeitsoberfläche;115
4.8.1;8.1 Ebene Schwebewellen;115
4.8.2;8.2 Wellengruppen;117
4.8.3;8.3 Schiffswellen;119
4.8.4;8.4 Grenzflächen zweier Flüssigkeiten;120
4.8.5;8.5 Schwall;121
4.8.6;8.6 Offene Gerinne;123
4.9;Weiterführende Literatur;126
5;3 Dynamik zäher Flüssigkeiten;127
5.1;1 Zähigkeit (innere Reibung), Navier-Stokes-Gleichung;127
5.1.1;1.1 Navier-Stokes-Gleichung;129
5.1.2;1.2 Nicht-Newtonsche Fluide;131
5.2;2 Mechanische Ähnlichkeit, Reynolds-Zahl;132
5.3;3 Laminare Grenzschichten;134
5.4;4 Entstehung der Turbulenz;137
5.4.1;4.1 Rohrströmung;137
5.4.2;4.2 Reynolds-Ansatz;139
5.4.3;4.3 Grenzschichtströmung;140
5.4.4;4.4 Stabilitätstheorie;141
5.4.5;4.5 Beeinflussung des laminar-turbulenten Überganges;145
5.4.6;4.6 Ausbreitung turbulenter Störungen;146
5.5;5 Ausgebildete Turbulenz;148
5.5.1;5.1 Prandtlscher Mischungsweg;149
5.5.2;5.2 Freistrahl;150
5.5.3;5.3 Scherschicht;151
5.5.4;5.4 Wandturbulenz;151
5.5.5;5.5 Rohrströmungen;153
5.5.6;5.6 Grenzschichtströmungen;154
5.6;6 Strömungsablösung und Wirbelbildung;157
5.6.1;6.1 Beeinflussung der Strömungsablösung;160
5.6.1.1;6.1.1 Rotation;160
5.6.1.2;6.1.2 Absaugung;161
5.6.1.3;6.1.3 Tangentiales Einblasen;162
5.6.2;6.2 Anstrichbilder;163
5.7;7 Sekundärströmungen;164
5.7.1;7.1 Krümmer;164
5.7.2;7.2 Rotierende Strömung;165
5.7.3;7.3 Kanäle mit Rechteck- und Dreieckquerschnitt;166
5.7.4;7.4 Schwingende Körper;166
5.8;8 Strömungen mit überwiegender Zähigkeit;167
5.8.1;8.1 Grundwasserströmung;167
5.8.2;8.2 Lagerschmierung;168
5.9;9 Strömungen durch Rohre und Kanäle;174
5.9.1;9.1 Rohre mit Kreisquerschnitt;176
5.9.2;9.2 Einlaufströmung;177
5.9.3;9.3 Rohrströmung mit Querschnittsänderung;178
5.10;10 Widerstand von Körpern in Flüssigkeiten;180
5.10.1;10.1 Newtonsches Widerstandsgesetz;180
5.10.2;10.2 Druck- und Reibungswiderstand;181
5.10.3;10.3 Reibungswiderstand der Plattenumströmung;182
5.10.4;10.4 Zusammenhang des Widerstandes mit den Zuständen im Nachlauf;184
5.10.5;10.5 Luftschiffe geringen Widerstands;188
5.11;11 Strömungen Nicht-Newtonscher Medien;188
5.11.1;11.1 Rohrströmung;189
5.11.2;11.2 Weissenberg-Effekt;191
5.11.3;11.3 Strahlaufweitung;193
5.12;Weiterführende Literatur;193
6;4 Dynamik der Gase;195
6.1;1 Druckfortpflanzung, Schallgeschwindigkeit;196
6.1.1;1.1 Ausbreitung von Druckwellen;197
6.2;2 Stationäre kompressible Strömungen;200
6.2.1;2.1 Laval-Düsenströmung;204
6.3;3 Energiesatz;205
6.4;4 Theorie des senkrechten Verdichtungsstoßes;207
6.4.1;4.1 Kopfwelle;209
6.4.2;4.2 Senkrechter Verdichtungsstoß in der Laval-Düse;210
6.5;5 Strömungen um Ecken, Freistrahlen;212
6.5.1;5.1 Überschallströmung um eine Ecke;212
6.5.2;5.2 Freistrahlen;214
6.6;6 Strömungen mit schwachen Störungen;216
6.6.1;6.1 Profilumströmung;219
6.6.2;6.2 Wellige Wand;219
6.7;7 Profilumströmungen;220
6.7.1;7.1 Überschallströmung;220
6.7.2;7.2 Transsonische Strömung;223
6.8;Weiterführende Literatur;225
7;5 Aerodynamik;227
7.1;1 Vogelflug;228
7.2;2 Profil und Tragflügel;231
7.2.1;2.1 Profilströmung;232
7.2.2;2.2 Tragflügelströmung;237
7.3;3 Profil- und Tragflügeltheorie;239
7.3.1;3.1 Tragflügelberechnung;251
7.3.2;3.2 Numerische Tragflügelberechnung;253
7.4;4 Aerodynamisches Versuchswesen;255
7.5;5 Transsonische Aerodynamik, Pfeilflügel;257
7.6;6 Stoß-Grenzschicht-Wechselwirkung;262
7.6.1;6.1 Stoß-Grenzschicht-Kontrolle;268
7.7;7 Strömungsablösung;271
7.8;8 Überschallaerodynamik, Deltaflügel;272
7.9;Weiterführende Literatur;280
8;6 Grundgleichungen der Strömungsmechanik;282
8.1;1 Kontinuitätsgleichung;282
8.2;2 Navier-Stokes-Gleichungen;284
8.2.1;2.1 Laminare Strömungen;284
8.2.2;2.2 Reynolds-Gleichungen für turbulente Strömungen;291
8.3;3 Energiegleichung;296
8.3.1;3.1 Laminare Strömungen;296
8.3.2;3.2 Turbulente Strömungen;301
8.4;4 Grundgleichungen in Erhaltungsform;303
8.4.1;4.1 Hierarchie der Grundgleichungen;303
8.4.2;4.2 Navier-Stokes-Gleichungen;306
8.4.3;4.3 Abgeleitete Modellgleichungen;310
8.4.4;4.4 Reynolds-Gleichungen für turbulente Strömungen;318
8.4.5;4.5 Turbulenzmodelle;320
8.4.6;4.6 Mehrphasenströmungen;340
8.4.7;4.7 Reaktive Strömungen;353
8.5;Weiterführende Literatur;356
9;7 Instabilitäten und turbulente Strömungen;358
9.1;1 Grundlagen turbulenter Strömungen;358
9.2;2 Einsetzen der Turbulenz;360
9.2.1;2.1 Strömungsmechanische Instabilitäten;361
9.2.2;2.2 Lineare Stabilitätsanalyse;364
9.2.3;2.3 Übergang zur Turbulenz;390
9.3;3 Ausgebildete Turbulenz;395
9.3.1;3.1 Die Notation der Mischungsweglänge;395
9.3.2;3.2 Turbulente Durchmischung;397
9.3.3;3.3 Turbulente Energiebeziehungen;398
9.4;4 Klassifikation turbulenter Strömungen;401
9.4.1;4.1 Freie Turbulenz;402
9.4.2;4.2 Turbulenz in Wandnähe;404
9.4.3;4.3 Rotierende und geschichtete Strömungen;407
9.4.4;4.4 Turbulenz im Windkanal;409
9.4.5;4.5 Zweidimensionale Turbulenz;413
9.4.6;4.6 Strukturen und Statistik;416
9.5;5 Neue Entwicklungen;418
9.5.1;5.1 Zerfall in kleine und große Skalen;418
9.5.2;5.2 Lagrange-Untersuchungen der Turbulenz;424
9.5.3;5.3 Feldtheoretische Methoden;424
9.5.4;5.4 Ausblick;425
9.6;Weiterführende Literatur;426
10;8 Konvektive Wärme- und Stoffübertragung;430
10.1;1 Grundlagen der Wärme- und Stoffübertragung;431
10.1.1;1.1 Freie und erzwungene Konvektion;431
10.1.2;1.2 Wärmeleitung und Konvektion;434
10.1.3;1.3 Diffusion und Konvektion;436
10.2;2 Freie Konvektion;437
10.2.1;2.1 Rayleigh-Bénard-Konvektion;437
10.2.2;2.2 Konvektion an der vertikalen Platte;451
10.2.3;2.3 Konvektion am waagerechten Zylinder;456
10.3;3 Erzwungene Konvektion;458
10.3.1;3.1 Rohrströmung;458
10.3.2;3.2 Grenzschichtströmung;463
10.3.3;3.3 Umströmte Körper;469
10.4;4 Wärme- und Stoffaustausch;471
10.4.1;4.1 Diffusions-Konvektion;471
10.4.2;4.2 Stoffaustausch an der ebenen Platte;478
10.5;Weiterführende Literatur;481
11;9 Strömungen mit mehreren Phasen;483
11.1;1 Grundlagen der Strömungen mit mehreren Phasen;483
11.1.1;1.1 Definitionen;486
11.1.2;1.2 Strömungsformen;488
11.1.3;1.3 Strömungskarten;489
11.2;2 Strömungsmodelle;492
11.2.1;2.1 Das eindimensionale Zwei-Fluid-Modell;492
11.2.2;2.2 Mischungsmodelle;496
11.2.3;2.3 Das Driftströmungsmodell;498
11.2.4;2.4 Blasen und Tropfen;500
11.2.5;2.5 Sprühströmungen;506
11.2.6;2.6 Flüssig-Feststoff Transport;510
11.2.7;2.7 Fluidisierung von Partikelbetten;513
11.3;3 Druckverlust und Volumenanteil in Hydraulikkomponenten;515
11.3.1;3.1 Der Reibungsdruckverlust in horizontalen geraden Rohren;516
11.3.2;3.2 Beschleunigungsdruckverluste;521
11.4;4 Ausbreitungsgeschwindigkeit von Dichtewellen und kritische Massenströme;525
11.4.1;4.1 Dichtewellen;525
11.4.2;4.2 Kritische Massenströme;528
11.4.3;4.3 Kavitation;535
11.5;5 Instabilitäten in Zweiphasen-Strömungen;540
11.6;Weiterführende Literatur;546
12;10 Strömungen mit chemischen Reaktionen;549
12.1;1 Grundlagen reaktiver Strömungen;549
12.1.1;1.1 Zeitgesetz und Reaktionsordnung;552
12.1.2;1.2 Zusammenhang von Vorwärts- und Rückwärtsreaktion;553
12.1.3;1.3 Elementarreaktionen und Reaktionsmolekularität;554
12.1.4;1.4 Temperaturabhängigkeit von Geschwindigkeitskoeffizienten;557
12.1.5;1.5 Druckabhängigkeit von Geschwindigkeitskoeffizienten;559
12.1.6;1.6 Eigenschaften von Reaktionsmechanismen;561
12.2;2 Laminare reaktive Strömungen;567
12.2.1;2.1 Struktur vorgemischter Flammen;567
12.2.2;2.2 Ausbreitungsgeschwindigkeit vorgemischter Flammen;570
12.2.3;2.3 Empfindlichkeitsanalyse;572
12.2.4;2.4 Nicht-vorgemischte Gegenstromflammen;573
12.2.5;2.5 Nicht-vorgemischte Strahlflammen;576
12.2.6;2.6 Nicht-vorgemischte Flammen mit schneller Chemie;577
12.2.7;2.7 Abgasreinigung mit Plasmaquellen;578
12.2.8;2.8 Strömungen in Ätzreaktoren;581
12.3;3 Turbulente reaktive Strömungen;582
12.3.1;3.1 Übersicht und Begriffsbildung;582
12.3.2;3.2 Direkte Simulation;583
12.3.3;3.3 Mittlere Reaktionsgeschwindigkeiten;584
12.3.4;3.4 Eddy-Break-Up-Modelle;590
12.3.5;3.5 Turbulente nicht-vorgemischte Flammen;591
12.3.6;3.6 Turbulente Vormischflammen;603
12.3.7;3.7 Gasturbinen;610
12.4;Weiterführende Literatur;613
13;11 Strömungen in der Atmosphäre und im Ozean;616
13.1;1 Grundlagen der Strömungen in der Atmosphäre und im Ozean;616
13.1.1;1.1 Einführung;616
13.1.2;1.2 Grundgleichungen im rotierenden System;617
13.1.3;1.3 Geostrophische Strömung;621
13.1.4;1.4 Vorticity;623
13.1.5;1.5 Ekman-Schicht;626
13.1.6;1.6 Prandtl-Schicht;630
13.2;2 Strömungen in der Atmosphäre;632
13.2.1;2.1 Thermische Windsysteme;632
13.2.2;2.2 Thermische Konvektion;636
13.2.3;2.3 Schwerewellen;638
13.2.4;2.4 Wirbel;641
13.2.4.1;2.4.1 Tiefdruckgebiet;643
13.2.4.2;2.4.2 Tropische Zyklone;645
13.2.4.3;2.4.3 Orographische Wirbel;646
13.2.4.4;2.4.4 Tornado und Staubteufel;646
13.2.5;2.5 Globale atmosphärische Zirkulation;647
13.3;3 Strömungen im Ozean;649
13.3.1;3.1 Windgetriebene Strömungen;650
13.3.2;3.2 Wasserwellen;652
13.4;4 Anwendungen der Gesetzmäßigkeiten für Strömungen in der Atmosphäre und im Ozean;655
13.4.1;4.1 Wettervorhersage;655
13.4.2;4.2 Treibhauseffekt und Klimavorhersage;657
13.4.3;4.3 Ozonloch;662
13.5;Weiterführende Literatur;665
14;12 Mikroströmungen;667
14.1;1 Grundlagen der Mikroströmungen;667
14.1.1;1.1 Anwendungen von Mikroströmungen;668
14.1.2;1.2 Fluidmodelle;670
14.1.3;1.3 Mikroströmung von Gasen;672
14.1.4;1.4 Mikroströmung von Flüssigkeiten;674
14.2;2 Molekulare Modelle;676
14.2.1;2.1 Grundlagen molekularer Modelle;676
14.2.2;2.2 Monte-Carlo-Simulation;679
14.2.3;2.3 Molekulardynamische Simulation;683
14.3;3 Kontinuum-Modelle;684
14.3.1;3.1 Ähnlichkeits-Diskussion;685
14.3.2;3.2 Modifikationen der Randbedingungen;687
14.3.3;3.3 Elektrokinetische Effekte;691
14.3.3.1;3.3.1 Elektrische Doppelschicht;691
14.3.3.2;3.3.2 Elektroosmose;693
14.3.3.3;3.3.3 Elektrophorese;697
14.3.3.4;3.3.4 Anwendung auf einen Trennkanal;699
14.3.3.5;3.3.5 Ähnlichkeit von elektrischem Feld und Strömung;700
14.3.4;3.4 Benetzung und dünne Filme;701
14.3.4.1;3.4.1 Benetzung;701
14.3.4.2;3.4.2 Bewegte Kontaktlinie;703
14.3.4.3;3.4.3 Dünne Filme;705
14.4;4 Experimente;710
14.4.1;4.1 Druckverlust;711
14.4.2;4.2 Laminar-turbulente Transition;713
14.4.3;4.3 Wärmeübergang;713
14.5;Weiterführende Literatur;716
15;13 Bioströmungsmechanik;719
15.1;1 Grundlagen der Bioströmungsmechanik;719
15.1.1;1.1 Bioströmungsmechanik der Tiere;721
15.1.2;1.2 Bioströmungsmechanik des Menschen;725
15.1.3;1.3 Rheologie des Blutes;732
15.2;2 Schwimmen und Fliegen;735
15.2.1;2.1 Fortbewegung der Einzeller;736
15.2.2;2.2 Schwimmen der Fische;739
15.2.3;2.3 Strömungskontrolle;742
15.2.4;2.4 Vogelflug;744
15.3;3 Strömung im menschlichen Herzen;750
15.3.1;3.1 Physiologie und Anatomie des Herzens;750
15.3.2;3.2 Struktur des Herzens;753
15.3.3;3.3 Erregungsphysiologie des Herzens;758
15.3.4;3.4 Strömung im Herzen;760
15.3.5;3.5 Herzklappen;774
15.3.6;3.6 Kreislaufmodell;778
15.4;Weiterführende Literatur;779
16;Sachverzeichnis;782
Grundlagen der Strömungsmechanik.- Dynamik der reibungsfreien Flüssigkeit.- Dynamik zäher Flüssigkeiten.- Dynamik der Gase.- Aerodynamik.- Grundgleichungen der Strömungsmechanik.- Instabilitäten und turbulente Strömungen.- Konvektive Wärme- und Stoffübertragung.- Strömungen mit mehreren Phasen.- Strömungen mit chemischen Reaktionen.- Strömungen in der Atmosphäre und im Ozean.- Mikroströmungen.- Bioströmungsmechanik.
