Hydrodynamik

Question 1

Wann sind die Annahmen der Fluiddynamik valide?

Answer 1

• größer als molekular->L_fluid>>L_Molecules
• Volumen des Fluids-> große Anzahl Molekülen
• über einen längeren Zeitraum betrachtet

Question 2

Was sind ideale fluide?

Answer 2

-keine Viskosität

Question 3

Was ist die Schubspanung?Was ist die Scherrate?

Answer 3

t_yx= Schubspannung auf eine Oberfläche mit Normalenvektor in y-Richtung und Fluss in x-Richtung

-Scherrate->Geschwindigkeitsgradient-> Anstieg der Geschwindigkeit des Fluids zwischen nicht bewegender und beewegender Oberfläche

Question 4

Was ist die non-slip condition?

Answer 4

-Fluid an Oberfläche hat die gleiche Geschwindigkeit wie die Fläche

Question 6

Was unterscheidet nicht newtonsche und newtonsche Fluide?

Answer 6

• newtosches fluid: η=const.
• nicht newtonsches Fluid: η ist eine Funktion der Scherrate η=f(dvx /dy)
• z.B. Scherverdünnend-> mit zunehmender Scherrate, weniger Resisten gegen Fluss(Viskosität nimmt ab)

Question 7

Was ist die Viskosität(mathematisch)

Answer 7

Proportionalitätsfaktor zwischen Schubspannung und Scherrate

-Steigung der Kurve t gegen gamma punkt(Scherrate)

Question 8

Was ist die viskose Kraft? Wovon ist sie abhängig

Answer 8

-wirkt entgegen dem Geschwindigkeitsvektor einer bewegten Platte über eine unbewegte mit einem Fluid zwischen beiden

Question 9

Was bedeutet laminare und turbulente Strömung?

Answer 9

• laminar: parallele Strömung ohne Durchmischung ->wie Spielkarten in einem Deck
• turbulent:wirbelnde Vermischung

Question 10

Was ist f_crit? Bedeutung für laminaren Fluss?

Answer 10

• viskose kritische Kraft : f_crit = η² / ρ.
• laminare Strömung tritt auf, wenn die Viskosität groß
• Viskosität ist groß, wenn f/f_crit groß ist-> Kräfte unter F_crit
• fluide mit hoher Dichte und geringer Viskosität(Wasser oder Luft)-> Turbulenz

Question 11

Wie wirkt sich die Temperatur auf die Viskosität aus?

Answer 11

• Flüssigkeiten-> Temperatur steigt-> Viskosität nimmt ab -> Wechselwirkungen nehmen ab
• Gas-> Temperatur steigt-> Viskosität steigt

Question 12

Warum gibt es bei Turbulenz einen zusätzlichen Widerstnd zur Bewegung?

Answer 12

-Konsequenz der Wirbel, die teilweise senkrecht zu einem bewegenden Körper wirken(wie Reibung)

Question 13

Erklären

Answer 13

• direkt an oberfläche der Platte-> gefangene Schicht -> Flüssigkeitsfilm der sich icht bewegt
• mit zunehmenden Abstand nimmt die Geschwindigkeit zu-> bei δ_L hat die Geschwindigkeit 0.99 x v^max
• innerhalb dieser Grenzschicht existiert der Geschwindigkeitsgradient im Raum-> Grenzschicht ist definiert als Schicht bei der z=δ_L
• mit zunehmder Dicke dieser Grenzschicht wird diese instabil und es kommt zu Turbulenz-> Punkt PT
• > bei Übergang kommt es zu einer starken z-Zunahme der Grenzschicht und zu einer erhöhten Reibung

Question 14

Wie kann der Punkt P_T beschrieben werden?

Answer 14

• ab gewissen Abstand der Grenzschicht von Oberfläche ab der es zu Turbulenz kommt
• kann als Wahrscheinlichkeit angegeben werden
• durch Reynoldsnumber beschrieben

Question 15

Was ist die kinemtaische Viskosität? Was die dynamische Viskosität?

Answer 15

viskosität durch dichte

-dynamisch: η

Question 17

Wozu ist die Reynolds Number proportional? Wann gibts Turbulenz?

Answer 17

• proportional: Flussgeschwindigkeit, dichte des Mediums und zur Charakteritischen länge und umgekehrt proportional zur viskosität
• Reynoldsnumber ist ein Maß für das Verhältinis von Trägheitskräften zu Viskosen Kräften
• Turbulenz ab einer Reynolds Nummer von 10^4 -10^6

Question 18

Wie kann man berechenen wie schnell ein Körper verlangsamt?

Answer 18

-mit Stokes law