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Flashcards in Kapitel1 Deck (55):
1

Was ist der Nabla Operator

Ein Vektor der die lokalen Ableitungen in die jeweiligen Raumrichtungen beschreibt.

2

Was ist der Gradient?

Anwendung des Nabla Operators auf eine skalare Grüße.

3

Was sind die wichtigsten Unterschiede zu Festkörpern?

(a) größere Abstände zu Molekülen (b) Reaktion auf Schubkraft

4

Wie ist die Knudsen-Zahl definiert?

Verhältnis zwischen der mittleren freien Weglänge zur charakteristischen Länge

5

Was gibt die Knudsen-Zahl an?

Ab wann man nicht mehr von einer Kontinuumsströmung ausgehen kann sondern von einer freien Molekülströmung. H < 90km => Kn = 10^-2 H > 120km => Kn = 10

6

Was ist Ludwig Prandtls verdienst?

Aufteilung einer Strömung mit mäßigen Reibungseinflüssen in eine dünne wandnahe, reibungsbehaftete Schicht und eine reibungsfreie Aussenschicht.

7

Welche Stoffwerte eines Fluids gibt es?

1) dynamische Zähigkeit [N*s/m^2] (η oder μ) 2) Wärmeleitfähigkeit [W/(m*K)](λ oder k) 3) spezifische Wärmen bei konstantem Druck bzw. konstantem Volumen [J/(kg*K)] (cp bzw. cv) 4) Wärmemenge [J] (Q) 5) spezifische Wärmemenge [J/kg] (q)

8

Wie lauten die Strömungsmechanischen Grundgleichungen?

a) Kontinuitätsgleichung b) Impulssatz c) Energieerhaltungssatz d) Zustandsgleichung

9

Wie hoch wäre die Schallgeschwindigkeit in einem vollkommen inkompressiblen Fluid?

Unendlich hoch.

10

Wie lautet die hydrostatische Grundgleichung?

grad p = ρ* f = ∇ ρ f = beschleunigungsvektor (Mass bezogene Kraft)

11

Welche typischen Schichtungsmodelle der Atmosphäre kennen Sie?

Isotherme Schichtung (barotrope Schichtung) Isentrope Schichtung (adiabate Schichtung)

12

Was besagt das Pascalsche Paradoxon?

Der Druck am Boden hängt nur von der Flüssigkeitssäule ab. Und hängt nicht von der Form des Gefäßes ab.

13

Was ist die Besonderheit bei "kommunizierenden Röhren"?

Bei miteinander verbundenen Behältnissen ist der Druck in der Flüssigkeit auf gleicher Höhe identisch.

14

Was besagt das Archimedische Prinzip?

Ein Körper, der in eine Flüssigkeit eingetaucht wird, erfährt eine Auftriebskraft, die dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeit entspricht.

15

Geben Sie die Abhängigkeit des hydrostatischen Auftriebs von der Eintauchtiefe für einen vollkommen eingetauchten Körper an.

Die Auftriebskraft auf einen völlig eingetauchten Körper ist nicht von der Eintauchtiege des Körpers abhängig, sondern nur von der Dichte der verdrängten Flüssigkeit und dem Volumen des Körpers.

16

Zeichnen Sie die Grenzfläche eines mit der Drehgeschwindigkeit omega rotierenden Fluids Wie kommt diese Form zustande?

Die Richtung der Zentrifugalbeschleunigung hängt auch vom Radius ab und nimmt mit zunhemenden Radius zu. Daher bekommt man einen parabolischen Verlauf.

17

Welche beiden Betrachtungsweisen gibt es, um die Kinematik einer Strömung zu beschreiben?

Lagrangesche Betrachtungsweise: mit dem Fluidteilchen mitbewegt. Eulersche Betrachtungsweise: ruhendes Bezugssystem.

18

Nennen Sie 4 Formen zur Darstellung eines Strömungsverlaufes

Stromlinien Streichlinien Teilchenlinen Zeitlinien

19

Welche Besonderheit gilt dabei für eine stationäre Strömung?

Bei stationären Strömungen haben Stromlinien, Teilchenlinien und Streichlinien die selbe Form.

20

Wie sind die Schallgeschwindigkeit und die Machzahl definiert.

Schallgeschwindigkeit: Ausbreitungsgeschwindigkeit von Druckstörungen in jeweiligen Medium. (schwache Longitudinal Wellen) c^2=dp/dρ =k*p/ρ =k*R*T Machzahl: Lokale Geschwindigkeit bezogen auf die Lokale Schallgeschwindigkeit. Ma = v / c

21

Unterhalb welcher Machzahl kann die Strömung eines Gases als inkompressibel angesehen werden?

Unter Ma=0.3 oder großzügig auch Ma=0.4

22

Was besagt das Newtonsche Reibungsgesetz?

Nach Newton is die Reibungskraft durch Schubspannung zwischen den Fluidelementen selbst und zwischen Fluid und Wand direkt proportional zum Geschwindigkeitsgradienten: τ ~ du/dy Fehlt noch proportionalitätsfaktor η: dynamische Viskosität [N*s/m^2]=[kg/m*s]

23

Welche Aussage gilt für die dynamische Viskosität bei einem Newtonschen Fluid?

Hängt sehr stark von der Temperatur und dem Druck ab. Bei Newtonschen Fluid ist η = konst. / Konstante Steigung ABER! η = konst. NUR wenn Temp auch Konst.

24

Wie ist die kinematische Viskosität Definiert?

ν=η/ρ

25

Wie verhält sich die Viskosität bei Gasen?

Viskosität nimmt mit T↑ zu.

26

Wie verhält sich die Viskosität bei Flüssigkeiten?

Viskosität nimmt mit T↑ ab.

27

Wie lautet die physikalische Aussage des Massenerhaltungssatzes?

In einem abgegrenzten Fluidvolumen kann Materie (Masse) weder entstehen noch vernichtet werden.

28

Wie ist eine Stromröhre definiert?

Die Gesamtheit aller Stromlinien, die durch eine Fläche S hindurch treten, kann man zu einem "Stromfaden" zusammenfassen. Er besteht aus der Ein- und Austrittsfläche S1, S2, und der Mantelfläche (=Stromröhre). Die Stromröhre wird durch die Stromlinien gebildet, die durch die Randlinien der Flächen S1 und S2 gehen.

29

Welche From der Kontinuitätsgleichung ergibt sich bei Betrachtung eines festen infinitesimalen KV?

Differentielle, konservative Form

30

Wie lautet die Kontinuitätsgleichung in differentieller Form a) für stationäre Strmöung? b) für inkompressible Strömung? c) für stationäre und inkompressible Strömung?

∂ρ/∂t+div(ρ*v) = 0 a) div(ρ*v)=0 b) div(v)=0 c) div(v)=0

31

Welches Gesetz aus der Mechanik ist die Basis des Impulssatzes?

2. Newtonsches Gesetz F=m*a=dI/dt

32

Wie groß ist die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit in flachem Wasser?

c = sqrt(g*h)

33

Was versteht man unter dem Begriff "Dispersion"?

Die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit ist unabhängig von der Wellenlänger

34

Wie heißt die Kennzahl, m.H. derer man die Charakteristik einer Gerinnestömung unterscheidet, wie ist definiert, welche charakteristischen Strömungsformen gibt es?

Froudezahl = Fr = u/c Fr < 1 Strömendes Wassser Fr > 1 schießendes Wasser Übergang immer Diskontinuierlich

35

Was versteht man unter einem Wassersprung?

Unter gewisssen Umständen kann es zu einem diskontinuierlichen Übergang von über- zu unterkritischer Strömung kommen (niemals umgekehrt), der mit einer Energiedissipation verbunden ist. Dieser Plötzliche Übergang wird "Wassersprung" genannt.

36

Was versteht man unter dem "Carnotschen Stoßverlust", wann tritt er auf?

Unstetige Erweiterung eines Rohres.

37

Wie lautet der Spannungstensor für reibungslose Strömung.

τii=τij=0 σxx=σyy=σzz=-p

38

Geben Sie die Bernoulli-Gleichung in einer gängigen Form den entsprechenden Gültigkeitsbereich an.

Inkompressibel, stationär, Reibungsfrei ρ*v^2/2+p+ρU=const falls rot v = 0 dann gilt sie im ganzen Strömungsfeld.

39

Zeichnen Sie das Geschwindigkeitsprofil einer voll ausgebildeten laminaren Strömung in einem zylindrischen Rohrquerschnitt

A image thumb
40

Wie groß ist die mittlere Geschwindigkeit bei einer voll ausgebildeten laminaren Rohrströmung

w = w_max*(1-r^2/R^2) Mpunkt= 1/2*ρ*pi*w_max*R^2 w_average=1/2*w_max

41

Wie berechnet sich der reibungsbedingte dimensionslose Druckverlust in einem zylindrischen Rohr bei laminarer Strömung?

Δp/(ρ/2)*w_av^2=-64*L/(Re_D*D)

42

Welche wichtige Kennzahl gibt Auskunft über den Charakter einer Rohrströmung?

Reynoldszahl

43

Was ändert sich bei einer Rohrströmung, wenn bei gleichem Druckunterschied zwischen Ein- und Ausströmöffnung das Rohr verlängert wird?

Der Gradient wird flacher -> Massendurchsatz wird geringer. Im Grenzfall fließt gar nichts mehr durch das Rohr.

44

Welche Ähnlichkeitsparameter sind für eine instationäre, kompressible Strömung relevant und sollten bei Modellversuchen möglichst eingehalten werden?

Reynoldszahl Machzahl Froudzahl Strouhalzahl (nur für instationären Teil)

45

Wie lautet die Definition der Re-Zahl und was ist ihre physikalische Bedeutung?

Reynoldszahl: Verhältnis = Trägheitskräfte/Zähigkeitskräfte Bezug sollte man angeben. Wenn die Ähnlichkeitsbedingungen erfüllt sind, sind die Beiwerte bei Modell und Original gleich.

46

Skizzieren Sie den c_w-Verlauf über der Reynoldszahl für die Umströmung einer Kugel

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47

Zeichnen Sie das Grenzschichtprofil u(y) einer Außenströömung im Ablösepunkt und im Bereich abgelöster Strömung.

.

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48

Zeichnen Sie das Geschwindigkeitsprofil für: a) laminare b) turbulente Rohrströmung bei gleichem Volumendurchsatz

.

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49

Wie lassen sich Verluste in der Bernoulli-Gleichung berücksichtigen?

Entlang Stromlinie: +H_E1->2 +Δp_V_1->2

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Wie lautet die stationäre, inkompressible Bernoulli-Gleichung für die Rohrströmung

A image thumb
51

Nenne Sie Beispiele für Verlsute in Rohrleitungen.

Wandreibung Querschnittsänderung Eintritt Austritt Krümmer Schieber Turbine, Pumpe verlustziffern aufaddieren

52

Wie lautet das allgemeine Rohrwiderstandsgesetz (wie lassen sich Reibungsverluste in der BG erfassen)?

Δp_V1->2 = λ*L/D*(ρ/2)*u_average^2 λ - Rohrreibungszahl

53

Erläutern Sie das Transitionsszenario in einer 2D Grenzschichtstromung.

1) stabilelaminareStrömung
2) instabileTollmien-SchlichtingWellen
3) 3-dim. Wellen und Wirbelbildung ( Λ-Strukturen) 4) Wirbelzerfall
5) Bildung von Turbulenzflecken
6) vollturbulente Strömung

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54

Welche physikalische Bedeutung haben f‘(η) und f“(η)?

Der Verlauf von f′[η) liefert das gesuchte Geschwindigkeitsprofil u(y)/v∞ in der Grenzschicht einer ebenen Platte bei laminarer Strömung.

Der Verlauf von f′′(η) bezeichnet die Ableitung des Geschwindigkeitsprofils. Besonders wich- tig ist der Wert direkt an der Wand ( f “(0)), da sich hieraus die Wandschubspannung und damit der Reibungswiderstand bestimmen lassen.

55

Geben sie die Bernoulli-Gleichung in einer gängigen Form sowie den entsprechenden Gültigkeitsbereichan.

WasbezeichnetmanalsHagen-Poiseuille-Strömung?

Bezeichnet die Strömung in einem Zylinderrohr unter folgenden Voraussetzungen:

  • ausgebildet (Geschwindigkeitsprofil ändert sich in z-Richtung nicht mehr)
  • stationär
  • drallfrei
  • inkompressibel
  • laminar