Inhalt der Vorlesung

Technische Anwendungen der Strömungsmechanik

1 Strömungen in Rohren und Kanälen

1.1 Ausgebildete Strömungen in Rohren mit Kreisquerschnitt 1.1.1 Laminare Rohrströmung 1.1.2 Turbulente Rohrströmung 1.2 Ausgebildete Strömungen in nichtkreisförmigen Querschnitten 1.2.1 Hydraulischer Durchmesser 1.2.2 Laminare Strömung 1.2.3 Turbulente Strömung 1.3 Einlaufströmungen

2 Verluste in Rohrleitungselementen

2.1 Verlustbeiwert z und Bernoulli-Gleichung 2.2 Rohrkrümmer 2.3 Querschnittsverengungen: Konfusoren und Düsen 2.4 Ungleichförmigkeitsgrad 2.5 Querschnittserweiterungen: Diffusoren 2.6 Querschnittsänderungen: Stromfadentheorie unter Berücksichtigung von Wandkrümmungseffekten 2.7 Lochbleche und geflochtene Siebe 2.8 Strömungsvereinigungen und -verzweigungen 2.8.1 Strömungsvereinigungen 2.8.2 Strömungsverzweigungen 2.9 Strömung durch Netzwerke 2.10 Begriff des Energiebeiwertes

3 Wärmeübergang in hydrodynamisch ausgebildeten Rohrströmungen

3.1 Laminare Rohrströmung 3.2 Turbulente hydrodynamisch und thermisch ausgebildete Rohrströmung 3.3 Globale Wärmebilanz für hydrodynamisch ausgebildete laminare und turbulente Rohrströmungen

4 Poröse Medien

4.1 Geometrische Charakterisierung poröser Medien 4.2 Einphasige Strömung durch poröse Medien 4.2.1 Darcysches Gesetz 4.2.2 Kanalanalogie bei laminarer Strömung 4.2.3 Kanalanalogie bei turbulenter Strömung 4.2.4 Berechnung der Druckverteilung in porösen Medien mit komplexer Geometrie: schleichende Strömung 4.2.5 Auftreten von Trägheitskräften

5 Füllkörpersäulen

5.1 Druckverlust in Füllkörpersäulen 5.2 Wärmeübergang in Füllkörpersäulen 5.2.1 Energiesatz 5.2.2 Temperaturverteilung in einer schlanken Füllkörpersäule 5.3 Strömung durch berieselte Füllkörpersäulen 5.3.1 Belastung einer Füllkörpersäule 5.3.2 Druckverlust in berieselten Füllkörpersäulen 5.3.3 Stoffübergang in berieselten Füllkörpersäulen

6 Wirbelschichtverfahren

6.1 Berechnung der Lockerungsgeschwindigkeit 6.2 Ausdehnung einer Wirbelschicht

7 Membranfiltration

7.1 Querstromfiltration 7.1.1 Konvektiver Transport von Flüssigkeit durch zylindrische Poren 7.1.2 Membranselektivität für gelöste Substanzen 7.1.3 Querstromfiltration in einer Rohrmembran 7.2 Osmose 7.2.1 Van't Hoffsches Gesetz 7.3 Austausch von Flüssigkeit in den Blutgefäßen der Mikrozirkulation 7.3.1 Geometrie und Erhaltungssätze 7.3.2 Starlingsche Hypothese (1896) 7.3.3 Filtrationsrate und Filtrationsfraktion

8 Strömung und Stoffaustausch in Rieselfilmen

8.1 Laminarer Rieselfilm mit glatter Oberfläche 8.1.1 Strömungsprofile 8.1.2 Stoffübergang 8.2 Laminarer Rieselfilm mit welliger Oberfläche und turbulenter Rieselfilm

9 Zweiphasenströmungen

9.1 Phasenverteilungszustände in Gas-Flüssigkeitsströmungen 9.1.1 Horizontale Rohrströmung 9.1.2 Vertikale Rohrströmung 9.2 Bewegung von Partikeln, Tropfen und Blasen in Fluiden 9.2.1 Sinkgeschwindigkeit 9.2.2 Widerstandsbeiwert einer starren Kugel 9.2.3 Widerstandsbeiwert von Tropfen 9.2.4 Widerstandsbeiwert von Blasen 9.3 Wärme- und Stoffübergang bei Tropfen 9.3.1 Wärmeübergang über die Oberfläche von Tropfen 9.3.2 Stofftransport über die Oberfläche von Tropfen

10 Zyklonabscheidung

10.1 Grenzkorngröße und Fraktionsabscheidegrad 10.2 Umfangsgeschwindigkeit am Sperrzylinder 10.3 Gesamtdruckverluste eines Zyklonabscheiders 10.4 Zahlenbeispiel für den Druckabfall in einem Zyklonabscheider 10.5 Zyklone mit hohen Eingangsbeladungen

11 Rheologie der Fluide

11.1 Konstitutive Gleichung 11.1.1 Couette-Versuch 11.2 Nicht-Newtonsche Fluide mit zeitunabhängigem Reibungsgesetz 11.2.1 Strukturviskose Fluide (= pseudoplastische Fluide) 11.2.2 Dilatante Fluide 11.2.3 Fluide mit einer Fließgrenze 11.3 Nicht-Newtonsche Fluide mit zeitabhängigem Reibungsgesetz 11.3.1 Thixotropie 11.3.2 Rheopexie 11.3.3 Hysterese 11.4 Viskoelastizität 11.4.1 Memory effect 11.4.2 Auftreten von Normalspannungen 11.4.3 Beschreibung der Rheologie viskoelastischer Fluide und mechanische Analogien 11.4.4 Problematik bei ausgebildeten Strömungen 11.5 Spezielle rheologische Eigenschaften thermoplastischer Kunststoffe 11.5.1 Potenzgesetz 11.5.2 Gesetz von Carreau 11.5.3 Temperaturabhängigkeit der Viskosität 11.6 Viskosimetrie (Rheometrie) 11.6.1 Kapillar-Viskosimeter 11.6.2 Couette-Viskosimeter 11.6.3 Kegel-Platte-Viskosimeter 11.6.4 Kugelfall-Viskosimeter

12 Ausgebildete laminare Rohrströmung für nicht-Newtonsche Fluide mit reinem Fließen

12.1 Geschwindigkeitsverteilung 12.2 Volumenstrom 12.3 Reduzierte Geschwindigkeit 12.4 Fließgesetz 12.5 Scheinbare Viskosität 12.6 Anwendungsbeispiel: Potenz-Gesetz

13 Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe

13.1 Extruder 13.1.1 Funktionsweise und Modellierung der Strömung 13.1.2 Couette-Strömung mit Druckgradient (Potenzgesetz als Reibungsgesetz) 13.1.3 Strömung in einem Kanal mit geschleppter Platte und Druckgradient 13.2 Spritzgießen 13.2.1 Prinzip 13.2.2 Zeitlicher Ablauf des Füllvorganges in eine Form

14 Literaturverzeichnis