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Strömungslehre - Ebene Strömungen

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Strömungslehre

Ebene Strömungen

Nach dem dt. Physiker Ludwig Prandtl (1875-1953) kann man eine Strömung um einen Körper aufteilen in eine reibungsbehaftete (rotationsbehaftete) Grenzschichtströmung und in eine reibungsfreie (rotationsfreie) Außenströmung. 

  • Die Grenzschichtströmung tritt in einer sehr dünnen Schicht in wandnähe des betrachteten Körpers auf und führt aufgrund der Reibung am Körper zur Rotation der Fluidelemente.

  • Die Außenströmung verläuft außerhalb der Grenzschichtströmung und ist gekennzeichnet durch Reibungsfreiheit und damit auch durch Rotationsfreiheit (Wirbelfreiheit).

Die obige Grafik zeigt ganz deutlich, dass sich die Teilchen (rot), die dem Fluid zugefügt worden sind, in unmittelbarer Nähe des Körpers drehen. Diese Drehung resultiert aus der Reibung an der Körperoberfläche (Grenzschichtströmung). Betrachtet man nun die Außenströmung, so wird deutlich, dass hier keine Drehung der Teilchen erfolgt. Das liegt an der nicht vorhandenen bzw. vernachlässigbaren Reibung. Diese Außenströmung wird auch Potentialströmung genannt. Die Bezeichnung Potentialströmung kommt daher, dass man das Geschwindigkeitsfeld durch Ableitung einer skalaren Potentialfunktion $\Phi$ darstellen kann.

Im Weiteren werden ebene Potentialströmungen betrachtet, d.h. dass in jedem Punkt des ebenen Strömungsfeldes nur die in dieser Ebene vorhandenen Geschwindigkeitskomponenten $w_x$ und $w_y$ auftreten. Diese Komponenten sind außerdem unabhängig von der $z$-Koordinate.