Technische Strömungslehre: Stoffeigenschaften von Flüssigkeiten und Gasen, Hydrostatik, Aerostatik, Inkompressible Strömungen, Kompressible Strömungen, Strömungsmesstechnik
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Würzburg
Vogel
2014
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INHALTSVERZEICHNIS
VORWORT 5
DIE WICHTIGSTEN FORMELZEICHEN UND EINHEITEN 13
1 STOFFEIGENSCHAFTEN VON FLUESSIGKEITEN UND GASEN 17
1.1 EINLEITUNG 17
1.2 DICHTE, SPEZIFISCHES VOLUMEN 17
1.2.1 DEFINITIONEN 17
1.2.2 DICHTE VON FLUESSIGKEITEN 18
1.2.3 DICHTE VON GASEN UND DAEMPFEN 19
1.2.4 DICHTE VON LUFT 19
1.3 SCHALLGESCHWINDIGKEIT 20
1.4 VISKOSITAET 22
1.4.1 EINLEITUNG 22
1.4.2 VISKOSITAET NEWTON'SCHER FLUIDE 22
1.4.2.1 DYNAMISCHE VISKOSITAET 22
1.4.2.2 KINEMATISCHE VISKOSITAET 23
1.4.2.3 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER VISKOSITAET 24
1.4.2.4 DRUCKABHAENGIGKEIT DER VISKOSITAET 26
1.4.2.5 ARBEITSUNTERLAGEN UND GEBRAUCHSFORMELN 26
1.4.3 VISKOSITAET NICHT NEWTON'SCHER FLUIDE 30
1.5 THERMISCHE STOFFWERTE 31
1.5.1 EINLEITUNG 31
1.5.2 SPEZIFISCHE WAERMEKAPAZITAET 31
1.5.3 GASKONSTANTE 34
1.5.4 ENTHALPIE 35
1.5.5 DAMPFDRUCK 35
1.6 OBERFLAECHENSPANNUNGEN UND KAPILLARITAET 35
1.6.1 EINLEITUNG 35
1.6.2 OBERFLAECHENSPANNUNG 36
1.6.3 HAFTSPANNUNG 37
1.6.4 GRENZFLAECHENDRUCK (KAPILLARDRUCK) 40
1.6.5 KAPILLARITAET 41
2 HYDROSTATIK 45
2.1 AUSBILDUNG DER FREIEN OBERFLAECHE 45
2.2 HYDROSTATISCHER DRUCK 48
2.2.1 GRUNDBEGRIFFE 48
2.2.2 EINHEITEN 49
2.2.3 ERZEUGUNG DES HYDROSTATISCHEN DRUCKES 50
2.2.3.1 KOLBENDRUCK 50
2.2.3.2 DRUCKARBEIT 52
2.2.3.3 SCHWEREDRUCK 52
2.2.3.4 KOMMUNIZIERENDE GEFAESSE 53
2.3 DRUCKKRAEFTE 54
2.3.1 DRUCKKRAEFTE BEI WIRKUNG DES KOLBENDRUCKES 54
2.3.1.1 DRUCKKRAEFTE GEGEN EBENE WAENDE 54
2.3.1.2 DRUCKKRAEFTE GEGEN GEKRUEMMTE WAENDE 55
2.3.2 DRUCKKRAEFTE BEI WIRKUNG DES SCHWEREDRUCKES 57
2.3.2.1 DRUCKKRAEFTE GEGEN EBENE WAENDE 57
2.3.2.2 DRUCKKRAEFTE GEGEN GEKRUEMMTE WAENDE 61
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8 INHALTSVERZEICHNIS
2.3.2.3 AUFWAERTS GERICHTETE VERTIKALDRUCKKRAFT (AUFDRUCKKRAFT) 66
2.4 AUFTRIEB UND SCHWIMMEN 67
2.4.1 STATISCHER AUFTRIEB 67
2.4.2 THERMISCHER AUFTRIEB 68
2.4.3 SCHWIMMEN UND SCHWEBEN 69
2.4.4 STABILITAET 70
2.4.4.1 EINLEITUNG 70
2.4.4.2 STABILITAET VON VOLLSTAENDIG EINGETAUCHTEN KOERPERN 70
2.4.4.3 STABILITAET VON TEILWEISE EINGETAUCHTEN KOERPERN 71
3 AEROSTATIK 75
3.1 EINLEITUNG 75
3.2 ZUSAMMENSETZUNG DER ATMOSPHAERE 75
3.3 SCHICHTUNG DER ATMOSPHAERE 75
3.4 ISOTHERME SCHICHTUNG 77
3.5 ISENTROPE SCHICHTUNG 79
3.6 POLYTROPE SCHICHTUNG 80
3.7 NORMATMOSPHAERE 81
4 INKOMPRESSIBLE STROEMUNGEN 83
4.1 EINLEITUNG 83
4.2 GRUNDBEGRIFFE 83
4.3 GRUNDGLEICHUNGEN 89
4.3.1 KONTINUITAETSGLEICHUNG (DURCHFLUSSGLEICHUNG) 89
4.3.2 ENERGIEGLEICHUNG 90
4.3.2.1 BEWEGUNGSGLEICHUNG LAENGS EINER STROMLINIE 90
4.3.2.2 ENERGIEGLEICHUNG LAENGS EINER STROMROEHRE 91
4.3.2.3 VERSCHIEDENE DRUCKBEGRIFFE IN EINEM STROEMENDEN FLUID 96
4.3.2.4 EINIGE PRAKTISCHE ANWENDUNGEN DER ENERGIEGLEICHUNG 100
4.3.3 DRUCKAENDERUNG SENKRECHT ZUR STROEMUNGSRICHTUNG 105
4.3.4 IMPULSSATZ 108
4.3.4.1 ALLGEMEINE ABLEITUNG UND DARSTELLUNG 108
4.3.4.2 ANWENDUNGEN UND BEISPIELE 111
4.3.5 DRALLSATZ 132
4.3.5.1 ALLGEMEINE FORMULIERUNG 132
4.3.5.2 SPEZIELLE FORMULIERUNG 133
4.3.5.3 ANWENDUNGEN 134
4.4 AHNLICHKEITSGESETZE UND MODELLREGELN 138
4.4.1 EINLEITUNG 138
4.4.2 AEHNLICHKEITSBEDINGUNGEN 139
4.4.3 REYNOLDS-ZAHL 140
4.4.4 FROUDE-ZAHL 142
4.5 MODELLVERSUCHE 143
4.6 STROEMUNGSFORMEN 144
4.6.1 EINLEITUNG 144
4.6.2 LAMINARE UND TURBULENTE ROHRSTROEMUNG 144
4.6.3 UMSTROEMUNG VON KREISZYLINDERN UND KUGELN 146
4.6.4 STROEMENDE UND SCHIESSENDE BEWEGIMG BEI STROEMUNGEN
MIT FREIER OBERFLAECHE UNTER SCHWEREEINFLUSS 147
4.6.5 TURBULENZGRAD 147
4.7 STOFFSTTOEME IN GESCHLOSSENEN ROHRLEITUNGEN (ROHRHYDRAULIK) 148
4.7.1 ENERGIEGLEICHUNG FUER REIBUNGSBEHAFTETE STROEMUNGEN 148
4.7.1.1 STATIONAERE STROEMUNGEN 148
4.7.1.2 INSTATIONAERE STROEMUNGEN 150
4.7.2 DRUCKABFALL IN ROHRLEITUNGEN MIT KREISFOERMIGEM QUERSCHNITT
BEI LAMINARER STROEMUNG (RE 2320) 151
INHALTSVERZEICHNIS 9
4.7.3 DRUCKABFALL IN ROHRLEITUNGEN MIT KREISFOERMIGEM QUERSCHNITT
BEI TURBULENTER STROEMUNG (RE 2320) 155
4.7.3.1 EINLEITUNG 155
4.7.3.2 GESCHWINDIGKEITSVERTEILUNG 155
4.7.3.3 DRUCKABFALL 161
4.7.4 DRUCKABFALL IN ROHRLEITUNGEN MIT KREISFOERMIGEM QUERSCHNITT
BEI STROEMUNG NICHT NEWTON'SCHER FLUESSIGKEITEN 167
4.7.4.1 EINLEITUNG 167
4.7.4.2 FLIESSGESETZE 168
4.7.4.3 REPRAESENTATIVE VISKOSITAET 169
4.7.4.4 DMCKVERLUST 169
4.7.5 DRUCKABFALL IN GEWELLTEN ROHREN 170
4.7.6 ROHRE MIT NICHT KREISFOERMIGEN QUERSCHNITTEN 172
4.7.6.1 HYDRAULISCHER DURCHMESSER 172
4.7.6.2 BESTIMMUNG DER ROHRREIBUNGSZAHL 173
4.7.7 STROEMUNGSVERLUSTE IN ROHRLEITUNGSELEMENTEN 178
4.7.7.1 GRUNDLAGEN 178
4.7.7.2 ROHREINLAEUFE 181
4.7.7.3 ROHRAUSLAEUFE 181
4.7.7.4 QUERSCHNITTSAENDERUNGEN 181
4.7.7.5 RICHTUNGSAENDERUNGEN 200
4.7.7.6 ROHRVERZWEIGUNGEN 207
4.7.7.7 DEHNUNGSAUSGLEICHER 209
4.7.7.8 ABSPERR- UND REGELORGANE 209
4.7.7.9 DROSSELGERAETE 212
4.7.7.10 FILTER UND SIEBE 214
4.7.7.11 ZUSAMMENGESETZTE WIDERSTAENDE 222
4.7.8 EINLAUFSTRECKE (ROHREINLAUF) 226
4.7.9 SPALTSTROEMUNGEN 229
4.8 STROEMUNG IN OFFENEN GERINNEN 239
4.8.1 EINLEITUNG 239
4.8.2 GESCHWINDIGKEITSVERTEILUNG 239
4.8.3 FLIESSFORMELN 240
4.8.4 HYDRAULISCH OPTIMALE PROFILE 243
4.9 AUSFLUSS AUS BEHAELTERN 246
4.9.1 AUSFLUSS DURCH KLEINE OEFFNUNGEN BEI KONSTANTEM DRUCKUNTERSCHIED
UND KONSTANTER SPIEGELHOEHE 246
4.9.2 AUSFLUSS INS FREIE DURCH GROSSE OEFFNUNGEN UNTER DEM EINFLUSS
DER SCHWERE BEI KONSTANTER SPIEGELHOEHE 252
4.9.3 AUSFLUSS UNTER GEGENDRUCK BEI KONSTANTEM NIVEAUUNTERSCHIED 254
4.9.4 AUSFLUSS BEI VERAENDERLICHER SPIEGELHOEHE 254
4.9.4.1 AUSFLUSS AUS KLEINEN OEFFNUNGEN UNTER DEM EINFLUSS DER SCHWERE
254
4.9.4.2 INSTATIONAERER AUSFLUSS UNTER GEGENDRUCK 258
4.10 UMSTROEMUNG VON KOERPERN (AUSSENSTROEMUNG) 260
4.10.1 STROEMUNGSBILDER 260
4.10.2 KRAFTWIRKUNGEN * 268
4.10.2.1 EINLEITUNG 268
4.10.2.2 REIBUNGSWIDERSTAND (FLAECHENWIDERSTAND) 270
4.10.2.3 RADSCHEIBENREIBUNG 272
4.10.2.4 DRUCKWIDERSTAND (FORMWIDERSTAND) 277
4.10.2.5 GESAMTWIDERSTAND 277
4.10.3 LUFTKRAEFTE AN FAHRZEUGEN 285
4.10.3.1 EINLEITUNG 285
4.10.3.2 LUFTWIDERSTAND 285
4.10.3.3 AUFTRIEB 286
4.10.3.4 SEITENWINDKRAFT 287
4.10.4 SCHWEBEGESCHWINDIGKEIT VON KUGELN 288
10
4.11 TRAGFLUEGEL 290
4.11.1 EINLEITUNG 290
4.11.2 KURZE EINFUEHRUNG IN DIE GESCHICHTE DER TRAGFLUEGELTHEORIE 290
4.11.3 PROFILGEOMETRIE 292
4.11.4 KRAEFTE AM UNENDLICH BREITEN TRAGFLUEGEL 294
4.11.5 DRUCKVERTEILUNG AM PROFIL 295
4.11.6 POLARDIAGRAMM 297
4.11.7 INDUZIERTER WIDERSTAND 302
5 KOMPRESSIBLE STROEMUNGEN 305
5.1 EINLEITUNG 305
5.2 SCHALLAUSBREITUNG 305
5.3 GRUNDGLEICHUNGEN DER 1-DIMENSIONALEN STROMFADENTHEORIE 308
5.3.1 KONTINUITAETSGLEICHUNG 308
5.3.2 ENERGIEGLEICHUNG, ISENTROPE UND POLYTROPE 309
5.3.3 THERMODYNAMISCHE ZUSTANDSGIEICHUNG 314
5.3.4 IMPULSSATZ UND DRALLSATZ 314
5.4 FLAECHEN-GESCHWINDIGKEITS-BEZIEHUNG 314
5.5 ROHISTROEMUNGEN 315
5.5.1 DRUCKABFALL BEI BELIEBIGEM WAERMEAUSTAUSCH 316
5.5.2 DRUCKABFALL BEI ISOTHERMER STROEMUNG 319
5.5.3 DRUCKABFALL BEI ADIABATER STROEMUNG (FANNO-STROEMUNG) 320
5.5.4 DRUCKABFALL BEI ADIABATER DROSSELUNG 322
5.6 AUSSTROEMVORGAENGE 325
5.6.1 AUSSTROEMEN AUS DRUCKBEHAELTERN 325
5.6.1.1 AUSSTROEMGESCHWINDIGKEIT UND MACH-ZAHL 325
5.6.1.2 AUSTRETENDER MASSENSTROM 328
5.6.1.3 KRITISCHER ZUSTAND FUER EINE REIBUNGSFREIE STROEMUNG 330
5.6.1.4 KRITISCHER ZUSTAND FUER EINE REIBUNGSBEHAFTETE STROEMUNG 333
5.6.2 AUSSTROEMEN MIT VORGESCHWINDIGKEIT 338
5.6.3 LAVAL-DUESE 339
5.6.3.1 VERHAELTNISSE IM AUSLEGUNGSPUNKT FUER EINE REIBUNGSFIEIE STROEMUNG
340
5.6.3.2 VERHAELTNISSE IM AUSLEGUNGSPUNKT FUER EINE REIBUNGSBEHAFTETE
STROEMUNG 342
5.6.3.3 STROEMUNGSVERHAELTNISSE BEI NICHT ANGEPASSTEM BETRIEB 343
5.6.3.4 KONSTRUKTIVE GESTALTUNG VON LAVAL-DUESEN 346
5.7 VEIDICHTUNGSSTOESSE 346
5.7.1 SENKRECHTER VERDICHTUNGSSTOSS 347
5.7.2 SCHRAEGER VERDICHTUNGSSTOSS 348
5.8 PRANDTL-MEYER-EXPANSION 350
5.9 VERDICHTUNGSSTROEMUNGEN 352
5.10 UMSTROEMUNG VON KOERPERN 355
5.10.1 STROEMUNGSBILDER 355
5.10.2 DRUCK- UND TEMPERATURERHOEHUNG IM STAUPUNKT 356
5.10.3 WIDERSTAND VON UMSTROEMTEN KOERPERN 358
5.10.3.1 WIDERSTAND DER EBENEN PLATTE 358
5.10.3.2 WIDERSTAND RAEUMLICH AUSGEDEHNTER KOERPER 358
5.10.4 TRAGFLUEGEL 359
5.10.4.1 TRAGFLUEGEL IN REINER UNTEISCHALLSTROEMUNG 360
5.10.4.2 TRAGFLUEGEL MIT OERTLICHEN VERDICHTUNGSSTOESSEN 360
5.10.4.3 TRAGFLUEGEL IN REINER UEBERSCHALLSTROEMUNG 361
6 STROEMUNGSMESSTECHNIK 363
6.1 DRUCKMESSUNG 363
6.1.1 EINLEITUNG 363
6.1.2 DRUCKENTNAHME UND ANBRINGUNG VON DRUCKMESSGERAETEN 363
INHALTSVERZEICHNIS 11
6.1.3 FLUESSIGKEITSDRUCKMESSGERAETE 366
6.1.4 KOLBEN-DRUCKMESSGERAETE 370
6.1.5 FEDERELASTISCHE MANOMETER 371
6.1.6 ELEKTRISCHE DRUCKMESSGERAETE 372
6.1.6.1 EINLEITUNG 372
6.1.6.2 WIDERSTANDSDRUCKMESSER 372
6.1.6.3 KAPAZITIVE DRUCKAUFNEHMER 373
6.1.6.4 INDUKTIVE DRUCKAUFNEHMER 373
6.1.6.5 PIEZOELEKTRISCHE DRUCKAUFNEHMER 374
6.2 GESCHWINDIGKEITSMESSUNG 374
6.2.1 ROTIERENDE STROMWEGMESSER 374
6.2.2 STAUROHRE UND SONDEN 377
6.2.2.1 DRUCKBEGRIFFE IN STROEMENDEN FLUIDEN 377
6.2.2.2 TOTALDRUCKSONDEN 379
6.2.2.3 STATISCHE SONDEN 379
6.2.2.4 STAUDRUCKSONDEN (STAUROHRE) 380
6.2.2.5 STROEMUNGSRICHTUNGSSONDEN 382
6.2.3 THERMISCHE SONDEN 385
6.2.4 OPTISCHE MESSSONDEN 387
6.3 FUELLSTANDSMESSUNG (NIVEAUMESSUNG) 389
6.4 VOLUMENMESSUNG 391
6.5 DURCHFLUSSMESSUNG 394
6.5.1 EINLEITUNG 394
6.5.2 NETZMESSUNGEN 394
6.5.2.1 GRUNDLAGEN 394
6.5.2.2 ANORDNUNG UND ANZAHL DER MESSPUNKTE 395
6.5.2.3 REFERENZMESSUNG 396
6.5.2.4 AUSWERTUNG 397
6.5.3 WIRKDRUCKVERFAHREN MIT DROSSELGERAETEN 399
6.5.4 DURCHFLUSSMESSUNG IN OFFENEN GERINNEN 411
6.5.4.1 MESSWEHRE (UEBERFALLWEHRE) 411
6.5.4.2 VENTURI-KANAELE 413
6.5.5 SCHWEBEKOERPER-DURCHFLUSSMESSER 414
6.5.6 MAGNETISCH-INDUKTIVE DURCHFLUSSMESSER 415
6.5.7 ULTRASCHALL-DURCHFLUSSMESSER 416
6.5.8 WIRBELZAEHLER-DURCHFLUSSMESSER 418
6.5.9 SPEZIELLE VERFAHREN 419
6.5.9.1 DURCHFLUSSMESSUNG AUS DEM DRUCKABFALL IN GERADEN ROHREN 419
6.5.9.2 DURCHFLUSSMESSUNG AN ROHRKRUEMMERN 420
6.5.9.3 ELLISON-ANNUBAR-DUICHFLUSSMESSER 421
6.5.10 PULSIERENDE STROEMUNGEN 422
6.6 VISKOSIMETRIE 424
6.6.1 ROTATIONSVISKOSIMETER 424
6.6.2 FALLKOERPERVISKOSIMETER 426
6.6.3 KAPILLARVISKOSIMETER 427
TAFELVEIZEICHNIS 429
NAMENSVEIZEICHNIS 477
LITERATURVERZEICHNIS 479
STICHWORTVERZEICHNIS 495 |
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