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Mechanische Verfahrenstechnik - Strömungen in der Verfahrenstechnik

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Mechanische Verfahrenstechnik

Strömungen in der Verfahrenstechnik

Strömungen werden vorrangig in der Strömungslehre thematisiert. Aber auch in der mechanischen Verfahrenstechnik ist die genaue Kenntnis vom Fließverhalten von Stoffen relevant, sowie das Mischen von Stoffen und deren Strömungsverhalten in Rohren und Kanälen.

In der nachfolgenden Abbildung siehst du ein typisches Szenario, welches in der mechanischen Verfahrenstechnik thematisiert wird:

Wandungen
Wandungen

Wir haben eine zwei Wandungen, von denen eine parallel zur anderen bewegt wird. Im Spalt zwischen den Wandungen befindet sich eine Flüssigkeit. Durch die Bewegung entsteht eine Scherströmung, die man als Verfahrenstechniker bestimmen möchte. Damit diese Vorhaben gelingt, müssen alle relevanten Größen und Gleichungen bekannt sein.

Scherströmung
Scherströmung

Wir erklären dir nun diese:

Couette-Strömung

Eine Couette-Strömung liegt vor, wenn sich wie im obigen Bild eine newtonsche Flüssigkeit zwischen zwei gegenläufig bewegenden Platten befindet.

Es entsteht bei diesem Vorgang eine Schubspannung, die proportional zum Geschwindigkeitsgradienten wirkt. Formal ausgedrückt:

Methode

Hier klicken zum Ausklappen$ \tau = \eta \frac{dw}{dz}$

Kennzahlen: $ \tau $ = Schubspannung, $\eta $ =dynamische Viskosität, $ \frac{dw}{dz} $ = Geschwindigkeitsgradient.

In Bezug auf die Viskosität können wir neben der dynamischen Variante, die sowohl vom Druck als auch von der Temperatur abhängt, die kinematische Viskosität bestimmen. Diese wird formal beschrieben durch:

Methode

Hier klicken zum Ausklappen$ \nu = \frac{\eta}{\rho_f} $

Kennzahlen: $ \nu $ = dynamische Viskosität, $ \eta $ = dynamische Viskosität, $ \rho_f $ = Dichte der Flüssigkeit.

Merke

Hier klicken zum AusklappenDie Viskosität kennzeichnet, dass sie sowohl zeit- als auch geschwindigkeitsabhängig ist. Wie das aussieht zeigt dir die nachfolgende Abbildung:
Fließverhalten unterschiedlicher Stoffe
Fließverhalten unterschiedlicher Stoffe

Reibungsbehaftete Strömung

Eine reibungsbehaftete Strömung liegt von wenn zwischen Fluid und Wandung Reibungskräfte wirken. Für ein bessere Verständnis, stellen wir in diesem und dem nächsten Kurstext Bilanzen auf, die dir in deiner Klausur bei der Bestimmung von stationären Strömungen eines newtonschen Medium in ein Rohr helfen werden.

Hinweis

Hier klicken zum Ausklappen

$\rightarrow $ Im kommenden Kurstext untersuchen wir die Massenbilanz und Kräftebilanz für eine reibungsbehaftete Strömung.