Aufgaben zur Strömungslehre:
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| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Berlin [u.a.]
Springer
1996
|
| Edition: | 2., neubearb. Aufl. |
| Series: | Springer-Lehrbuch
|
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Item Description: | Später auch erschienen als CD-ROM-Beil. zum Lehrbuch (6. Aufl. ff.) |
| Physical Description: | XIX, 550 S. zahlr. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3540603336 |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1 Kontinuumsbegriff und Kinematik 1
1 2 Kinematik der Flüssigkeiten 1
Aufgabe 1 2-1 Berechnung der materiellen Koordinaten bei gegebenen
Bahnlinien 1
Aufgabe 1 2-2 Geschwindigkeit und Beschleunigung in Materieller
und Feldbeschreibung bei gegebener Bahnlinie 2
Aufgabe 1 2-3 Lagrangesche Beschreibung der Potentialwirbelströ
mung 4
Aufgabe 1 2-4 Lagrangesche Beschreibung der rotationssymmetrischen
Staupunktströmung 6
Aufgabe 1 2-5 Bahn-, Strom- und Streichlinien eines instationäxen
Geschwindigkeitsfeldes 8
Aufgabe 1 2-6 Kinematik eines rotations- und divergenzfreien Feldes 13
Aufgabe 1 2-7 Kinematik der ebenen, instationären Staupunktströmung 17
Aufgabe 1 2-8 Streichlinie eines Wasserstrahles 21
Aufgabe 1 2-9 Strom- und Streichlinien in Polaxkoordinaten 23
Aufgabe 1 2-10 Strom- und Bahnlinien bei stehenden Schwerewellen 26
Aufgabe 1 2-11 Änderung materieller Linienelemente bei einer Couette-
Strömung 28
Aufgabe 1 2-12 Änderung materieller Linienelemente bei einer dreidi
mensionalen Strömung 31
Aufgabe 1 2-13 Bestimmung des Drehgeschwindigkeitsvektors und Ände
rung materieller Linienelemente bei einer ebenen Strö
mung 35
Aufgabe 1 2-14 Deformations- und Drehgeschwindigkeitstensor bei ei
ner instationären, ebenen Strömung 39
Inhaltsverzeichnis XI
Aufgabe 1 2-15 Zeitliche Änderung der kinetischen Energie eines Flüssig-
keitskörpers 41
2 Grundgleichungen der Kontinuumsmechanik 45
2 1 Erhaltungssatz der Masse 45
Aufgabe 2 1-1 Eindimensionale, instationäre Strömung mit gegebe
nem Dichtefeld 45
Aufgabe 2 1-2 Ebene, stationäre Strömung mit gegebenem Dichtefeld 47
Aufgabe 2 1-3 Ausflußgeschwindigkeit aus einem Behälter 49
Aufgabe 2 1-4 Zu-, bzw abgeführter Massenstrom in einem Kanal 50
Aufgabe 2 1-5 Quetschströmung 52
Aufgabe 2 1-6 Bewegter Kolben 54
Aufgabe 2 1-7 Strömung in einem von zwei Platten gebildeten Winkel 57
Aufgabe 2 1-8 Oszillierendes Gleitlager 59
Aufgabe 2 1-9 Verdrängungswirkung einer Grenzschicht 61
Aufgabe 2 1-10 Diffusor mit linearer Geschwindigkeitsänderung über
der Lauflänge 64
Aufgabe 2 1-11 Temperaturgrenzschicht an kalter Wand 66
Aufgabe 2 1-12 Strömung im Schmierspalt 67
2 2 Impulssatz 70
Aufgabe 2 2-1 Hauptachsensystem eines Spannungstensors 70
Aufgabe 2 2-2 Kraft auf eine Rohrverzweigung 72
Aufgabe 2 2-3 Berechnung des Widerstandes eines umströmten Körpers 74
Aufgabe 2 2-4 Kraft auf eine schlanke Düse 77
2 3 Drallsatz oder Drehimpulssatz 79
Aufgabe 2 3-1 Moment auf einen geschlitzten Rohrwinkel 79
Aufgabe 2 3-2 Moment auf den Leitapparat einer Wasserturbinenanlage 81
Aufgabe 2 3-3 Krümmungsradius von Kreisbogenschaufeln eines Kreis
gitters 84
2 4 Impuls- und Drallsatz im beschleunigten Bezugssystem 87
Aufgabe 2 4-1 Auf eine rotierende Scheibe gespritzte Flüssigkeit 87
Aufgabe 2 4-2 Geschwindigkeit eines Wagens mit Düse 90
Aufgabe 2 4-3 Beschleunigung und Geschwindigkeit einer Rakete 96
Aufgabe 2 4-4 Schubumkehr 99
Aufgabe 2 4-5 Moment auf ein abgewinkeltes, rotierendes Rohr 101
XII Inhaltsverzeichnis
Aufgabe 2 4-6 Triebwerksschub 103
2 5 Anwendungsbeispiele aus dem Turbomaschinenbau 106
Aufgabe 2 5-1 Zirkulation um einen Flügel im Kreisgitter 106
Aufgabe 2 5-2 Axialstufe einer Turbine 107
Aufgabe 2 5-3 Kaplanturbine 110
Aufgabe 2 5-4 Drehmomentenwandler 114
Aufgabe 2 5-5 Axialschubausgleich 117
2 6 Bilanz der Energie 119
Aufgabe 2 6-1 Zylinder mit Wärmefluß 119
Aufgabe 2 6-2 Energiebilanz bei einer Axialturbinenstufe 121
3 Materialgleichungen 125
Aufgabe 3-1 Geschwindigkeit eines Floßes 125
Aufgabe 3-2 Energiebilanz bei einem Gleitlager 127
Aufgabe 3-3 Druckgetriebene Papierbreiströmung 130
Aufgabe 3-4 Schleppströmung einer Nicht-Newtonschen Flüssigkeit 132
Aufgabe 3-5 Dehnströmung 134
4 Bewegungsgleichungen für spezielle Materialgesetze 138
4 1 Newtonsche Flüssigkeiten 138
Aufgabe 4 1-1 Poiseuille-Strömung 138
Aufgabe 4 1-2 Temperaturverteilung bei einer Poiseuille-Strömung 141
Aufgabe 4 1-3 Druckgetriebene Kanalströmung mit porösen Kanal
wänden 144
Aufgabe 4 1-4 Grenzschichtabsaugung 146
Aufgabe 4 1-5 Vermischung zweier Flüssigkeitsströme 150
Aufgabe 4 1-6 Widerstand einer unendlich dünnen, ebenen Platte 152
Aufgabe 4 1-7 Ebener Wasserstrahl auf einen Keil 156
Aufgabe 4 1-8 Starrkörperrotation und Potentialwirbel 159
Aufgabe 4 1-9 Energiebilanz einer Potentialwirbelströmung 163
4 2 Reibungsfreie Flüssigkeiten 166
Aufgabe 4 2-1 Druck- und Energieerhöhung der Flüssigkeit bei einer
Radialpumpe 166
Aufgabe 4 2-2 Druckverteilung in einem Spiralgehäuse 170
Aufgabe 4 2-3 Absenkung der freien Oberfläche eines Potentialwirbels 172
Inhaltsverzeichnis XIII
Aufgabe 4 2-4 Zirkulation und Rotation einer Couetteströmung 173
Aufgabe 4 2-5 Durch einen Kreiswirbelring induzierte Geschwindigkeit 174
Aufgabe 4 2-6 Zwei unendlich lange, gerade Wirbelfäden in Wandnähe 175
Aufgabe 4 2-7 Elliptische Zirkulationsverteilung über der Flügelspann
weite 179
Aufgabe 4 2-8 Strömling um einen Tragflügel 182
Aufgabe 4 2-9 Strahlwinkel im Freistrahldiffusor 184
Aufgabe 4 2-10 Kontraktionsziffer der Bordamündung 186
Aufgabe 4 2-11 Reibungsfreie, ebene, rotationssymmetrische Strömung 188
Aufgabe 4 2-12 Gesamtdruckerhöhung im Freistrahldiffusor 190
Aufgabe 4 2-13 Ringförmiger Behälterausfluß 192
Aufgabe 4 2-14 Blase in einem Kanal 194
Aufgabe 4 2-15 Flugzeug über dem Boden 197
Aufgabe 4 2-16 Zirkulation und Rotation der Strömung im Ringspalt
zwischen zwei rotierenden Zylindern 201
Aufgabe 4 2-17 Leistung der Peltonturbine 204
4 3 Anfangs- und Randbedingungen 208
Aufgabe 4 3-1 Sich in Flüssigkeit bewegender elliptischer Zylinder 208
Aufgabe 4 3-2 Schlag- und Nickschwingung einer ebenen Platte 209
Aufgabe 4 3-3 In Flüssigkeit bewegter Kreiszylinder 210
Aufgabe 4 3-4 Wirbelbehaftete Strömung in einem elliptischen Zylinder 212
5 Hydrostatik 214
5 1 Hydrostatische Druckverteilung 214
Aufgabe 5 1-1 U-Rohr-Manometer 214
Aufgabe 5 1-2 Hydraulische Sicherheitskupplung 215
Aufgabe 5 1-3 Mit Flüssigkeit gefüllter, rotierender Behälter 216
Aufgabe 5 1-4 Schleudergußverfahren 218
Aufgabe 5 1-5 Tiefenmesser 219
5 2 Hydrostatischer Auftrieb, Kraft auf Wände 222
Aufgabe 5 2-1 Kraft und Moment auf eine Absperrklappe 222
Aufgabe 5 2-2 Abflußverschluß durch eine Halbkugelschale 223
Aufgabe 5 2-3 Kraft auf eine bogenförmige Staumauer 224
Aufgabe 5 2-4 Durch ihr Eigengewicht dichtende Halbkugelschale 226
XIV Inhaltsverzeichnis
Aufgabe 5 2-5 Zylindrische Tauchstation 228
Aufgabe 5 2-6 In einen Fluß gestürzter Personenwagen 230
6 Laminare Schichtenströmungen 233
Aufgabe 6-1 Ebene Ringspaltströmung 233
Aufgabe 6-2 Rohöltransport durch Pipelines 236
Aufgabe 6-3 Oszillierende Rohrströmung 239
Aufgabe 6-4 Vergleich der stationären Druck-Schleppströmung einer
Newtonschen und Stokesschen Flüssigkeit und einem
Bingham Material 242
7 Grundzüge turbulenter Strömungen 248
Aufgabe 7-1 Turbulente Couette-Strömung 248
Aufgabe 7-2 Geschwindigkeitsverteilung der turbulenten Couette-
Strömung bei gegebener Reynoldszahl 251
Aufgabe 7-3 Turbulente Rohrströmung 252
Aufgabe 7-4 Kristallwachstum an der Rohrwand bei der Rohrströ
mung salzhaltiger Flüssigkeit 254
Aufgabe 7-5 Impulsfluß und Energiefluß bei laminarer und turbulen
ter Rohrströmung 255
Aufgabe 7-6 Geschwindigkeitsverteilung der turbulenten Rohrströ
mung aufgrund des Blasiusschen Widerstandsgesetzes 258
Aufgabe 7-7 Ortung eines Rohrleitungsleckes 260
Aufgabe 7-8 Heißdampfkühlung durch Wassereinspritzung 262
8 Hydrodynamische Schmierung 266
Aufgabe 8-1 Stufenlager 266
Aufgabe 8-2 Auf Lagerzapfen und Lagerschale übertragenes Reib
moment 269
Aufgabe 8-3 Vergleich der Stempeltragkraft einer Quetschströmung
bei verschiedenen Stempelgeometrien 271
9 Stromfadentheorie 274
9 1 Inkompressible Strömung 274
Aufgabe 9 1-1 Rohrpumpe 274
Aufgabe 9 1-2 Durchflußmessung mittels einer Meßdüse 277
Aufgabe 9 1-3 Wasserstrahlpumpe 278
Inhaltsverzeichnis XV
Aufgabe 9 1-4 Radialpumpe 280
Aufgabe 9 1-5 Rohrturbine 283
Aufgabe 9 1-6 Coanda-Effekt 285
Aufgabe 9 1-7 Prinzip der Hohlladung 287
Aufgabe 9 1-8 Wasserzulauf einer Peltonturbine 289
Aufgabe 9 1-9 Bestimmung des Gebläsebetriebspunktes einer Ver
brennungsanlage 291
Aufgabe 9 1-10 Wasserkraftwerk 295
Aufgabe 9 1-11 SchnüfFelanlage 297
Aufgabe 9 1-12 Strömungsablenkung durch ein Sieb 299
Aufgabe 9 1-13 Luftkissenfahrzeug 301
Aufgabe 9 1-14 Windkraftmaschine 302
Aufgabe 9 1-15 Vergleich verschiedener Geometrien einer Behälterab
flußleitung 306
Aufgabe 9 1-16 Schwingungsfähiges System bestehend aus einem gefe
derten Kolben und einer Flüssigkeitssäule 308
Aufgabe 9 1-17 Instationäre Strömung in einem zusammengequetsch
ten Rohr 312
Aufgabe 9 1-18 Kolbenpumpe 315
Aufgabe 9 1-19 Strömung in einer Ureterprothese 318
9 2 Stationäre kompressible Strömung 320
Aufgabe 9 2-1 Kraft auf ebene Platte 320
Aufgabe 9 2-2 Kanalströmung zwischen zwei Behältern mit Wärme
zufuhr 323
Aufgabe 9 2-3 Senkrechter Verdichtungsstoß innerhalb einer Leitrad
stufe 326
Aufgabe 9 2-4 Mit Überschall angeströmter stumpfer Körper 330
Aufgabe 9 2-5 Strömung durch eine Lavaldüse mit Stoß 332
Aufgabe 9 2-6 Verspinnen eines Fadens in einer Düse 334
Aufgabe 9 2-7 Strahltriebwerk im Unterschallflug 337
Aufgabe 9 2-8 Fahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges durch einen
Tunnel 339
Aufgabe 9 2-9 Labyrinthdichtung einer Turbomaschine 342
Aufgabe 9 2-10 Gasströmung durch eine Blende 345
XVI Inhaltsverzeichnis
9 3 Instationäre kompressible Strömung 346
Aufgabe 9 3-1 In ein Rohr laufender senkrechter Verdichtungsstoß 346
Aufgabe 9 3-2 Stoßwellenrohr 348
Aufgabe 9 3-3 Bewegung eines Kolbens in einem Rohr infolge Gasex
pansion 351
Aufgabe 9 3-4 Stoßreflexion am offenen Rohrende 354
Aufgabe 9 3-5 Prinzip des Expansionsrohres 356
Aufgabe 9 3-6 Schallausbreitung in einem geschlossenen Rohr 358
10 Potentialströmungen 362
10 3 Inkompressible Potentialströmungen 362
Aufgabe 10 3-1 Expandierende Kugel 362
Aufgabe 10 3-2 Kugel in einer Translationsströmung 365
Aufgabe 10 3-3 Quelle in einer Parallelströmung 369
Aufgabe 10 3-4 Quelle in einer rotationssymmetrischen Staupunktströ
mung 371
Aufgabe 10 3-5 Quelle über einer festen Wand 374
Aufgabe 10 3-6 Kontinuierliche Quellverteilung in einer Parallelströmung376
Aufgabe 10 3-7 Expandierende Kugel in reibungsfreier und reibungsbe
hafteter Strömung 378
Aufgabe 10 3-8 Wachstum einer Kavitationsblase 381
Aufgabe 10 3-9 Der runde Freistrahl 384
Aufgabe 10 3-10 In Wasser aufsteigende Blase 388
Aufgabe 10 3-11 Bewegung eines Zylinders senkrecht zu seiner Achse 390
Aufgabe 10 3-12 Schwingender Rotor in einer reibungsfreien Flüssigkeit 392
10 4 Ebene Potentialströmung 396
Aufgabe 10 4-1 Spaltströmung zwischen einem bewegten Kolben und
einer Wand 396
Aufgabe 10 4-2 Senkenverteilung in einer Staupunktströmung 399
Aufgabe 10 4-3 Das Kreistheorem 401
Aufgabe 10 4-4 Halbkreisförmiger Zylinder in einer Staupunktströmung 406
Aufgabe 10 4-5 Kreiszylinder in einer Dipolströmung 410
Aufgabe 10 4-6 Umströmung einer dünnen Platte 413
Aufgabe 10 4-7 Tragflügel über einer festen Wand 416
Aufgabe 10 4-8 Halbunendlicher Körper in einem Kanal 419
Inhaltsverzeichnis XVII
Aufgabe 10 4-9 Kärmänsche Wirbelstraße 421
Aufgabe 10 4-10 Joukowsky-Abbildung eines Kreiszylinders in angestell-
ter Strömung 424
Aufgabe 10 4-11 Das ebene Kreisgitter 427
Aufgabe 10 4-12 Schwarz-Christoffel-Transformation einer endlich brei
ten Mauer 430
Aufgabe 10 4-13 Schwarz-Christoffel-Transformation eines sich verjüng
enden Kanals 432
Aufgabe 10 4-14 Kavitation im ebenen Kanal 436
Aufgabe 10 4-15 Quell-Senkenverteilung für einen schlanken Körper 439
Aufgabe 10 4-16 Zirkulationsverteilung und Skelettlinie eines schwach
gewölbten Profils 444
Aufgabe 10 4-17 Das gerade Schaufelgitter 447
Aufgabe 10 4-18 Zirkulationsverteilung eines Plattengitters 451
Aufgabe 10 4-19 Wellige Wand in kompressibler Strömung 457
11 Uberschallströmungen 462
11 1 Schräger Verdichtungsstoß 462
Aufgabe 11 1-1 Keil mit vorstehender Platte 462
Aufgabe 11 1-2 Einlauf eines ebenen Kanals 463
11 3 Reflexion schräger Stöße 466
Aufgabe 11 3-1 Keil im supersonischen Kanal 466
Aufgabe 11 3-2 Sich verengender Kanal 468
11 5 Prandtl-Meyer-Strömung 470
Aufgabe 11 5-1 Expansionsfächer im sich erweiternden Kanal 470
11 6 Stoß-Expansions-Theorie 474
Aufgabe 11 6-1 Angestelltes Tragflügelprofil 474
Aufgabe 11 6-2 Einlauf eines Triebwerkes 477
12 Grenzschichttheorie 481
Aufgabe 12-1 Impulsgleichung 481
Aufgabe 12-2 Außenströmung am Keil 484
Aufgabe 12-3 Unstetiger Diffusor 487
Aufgabe 12-4 Korrektur des Widerstandsbeiwertes bei einem Doppel
keilprofil 493
XVIII Inhaltsverzeichnis
A Tensorrechnung 500
Aufgabe A-l 500
Aufgabe A-2 500
Aufgabe A-3 501
Aufgabe A-4 502
Aufgabe A-5 503
Aufgabe A-6 504
Aufgabe A-7 505
Aufgabe A-8 505
Aufgabe A-9 506
Aufgabe A-10 507
Aufgabe A-ll 509
B Klausuraufgaben 511
Aufgabe B-l Aufgabe zur Kinematik 511
Aufgabe B-2 Widerstand einer Halbzylinderschale 511
Aufgabe B-3 Zeltplane im Wind 513
Aufgabe B-4 Gedehnte Folie 514
Aufgabe B-5 Einstufiger, axialer Verdichter 515
Aufgabe B-6 Berechnung der Schaufelform bei vorgegebener Druck
verteilung 516
Aufgabe B-7 Brennraum eines Hubkolbenmotors 517
Aufgabe B-8 Zwei schräg aufeinandertreffende Strahlen 518
Aufgabe B-9 Verallgemeinerte Hagen-Poiseuille-Strömung 519
Aufgabe B-10 Induzierte Geschwindigkeiten eines Hufeisenwirbels 520
Aufgabe B-ll Gerinneströmung durch ein geöffnetes Wehr 521
Aufgabe B-12 Sicherheitsventil 521
Aufgabe B-l3 Mit Flüssigkeit gefüllter Plattenwinkel 522
Aufgabe B-14 Wasserstandsregelung bei einem Wehr 523
Aufgabe B-15 Druckgetriebene, radiale Spaltströmung zwischen zwei
koaxialen Ringen 524
Aufgabe B-16 Druckgetriebene Kanalströmvjng mit Temperaturab
hängigkeit der Viskosität 526
Aufgabe B-l7 Strömung infolge eines Temperaturgradienten 527
Aufgabe B-l8 Hydraulischer Dämpfer 528
Inhaltsverzeichnis XIX
Aufgabe B-19 Akustische Eigenfrequenz einer Flasche (Helmholtz-
Resonator) 529
Aufgabe B-20 Zylinder und Auspuffrohr eines Motors 530
Aufgabe B-21 Pump-Turbinen-Anlage 531
Aufgabe B-22 Überexpandierte Lavaldüse 532
Aufgabe B-23 Einlauf einer Überschalldüse 533
Aufgabe B-24 Feststoffrakete 534
Aufgabe B-25 Staustrahltriebwerk (ram jet) 535
Aufgabe B-26 Ludwieg-Rohr 536
Aufgabe B-27 Dipol über einer Wand 538
Aufgabe B-28 Virtuelle Masse einer Platte 539
Aufgabe B-29 Absaugung in einen ebenen Kanal 540
Aufgabe B-30 Instationäre Strömung über einer welligen Wand 541
Aufgabe B-31 Tragflügel mit gegebener Quell- und Wir bei Verteilung 542
Aufgabe B-32 Angestellte, ebene Platte mit Klappe 544
Aufgabe B-33 Einlauf in ein Überschalltriebwerk 545
Aufgabe B-34 Angestellte, ebene Platte in Überschallströmung 546
Aufgabe B-35 Leitradstufe eines Überschallverdichters 548
Aufgabe B-36 Grenzschicht an einer gezogenen Kunststoffolie 549
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