Turbulente Strömungen: Eine Einführung in Die Theorie Und Ihre Anwendung

ISBN-13: 9783322912077 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 267 str.

Julius C. Rotta; Julius C. Rotta

Opis

Die turbulente Flussigkeitsbewegung stellt schlechthin das ungeloste Problem der Stromungslehre dar. Dabei handelt es sich hier um eine ausserst verbreitete Erschei nung, die die gesamte praktische Stromungsmechanik geradezu beherrscht. In be merkenswertem Kontrast hierzu steht die Feststellung, dass viele der Physiker und Ingenieure, die als hervorragende und keineswegs einseitige Experten der Stromungs lehre gelten, relativ wenig mit der Materie der turbulenten Stromungen vertraut sind. Ferner ist festzustellen, dass eine unubersehbare Fulle von Einzelveroffentlichungen existiert und dass laufend weitere Forschungsarbeiten zur Turbulenz erscheinen, dass es aber nur wenige Buchveroffentlichungen gibt, die als Lehrbuch geeignet sind. Im Vergleich zu den auf anderen Teilgebieten der Stromungslehre vorhandenen Buchern ist der Prozentsatz an Buchern uber Turbulenz verschwindend gering. Ein deutsch sprachiges Buch, das die in den vergangenen drei Jahrzehnten erzielten Fortschritte der Turbulenz-Forschung angemessen behandelt, ist nicht verfugbar. Diese Sachlage mag den Versuch rechtfertigen, die bestehende Lucke zu schliessen. Der Band soll eine Einfuhrung in die Theorie vermitteln mit dem Ziel, die wesent lichen Tatsachen der turbulenten Stromungen dem Verstandnis des Lesers nahezu bringen und ihn mit den Anwendungsmaglichkeiten der theoretischen Methoden vertraut zu machen. Der vorgegebene Umfang erforderte eine strenge Eingrenzung des Stoffes. Es werden nur sogenannte "ausgebildete turbulente" Stromungen behandelt. Auf die Stabilitat der laminaren Stromungen und die Entstehung der Turbulenz wird nicht eingegangen."

Spis treści

1. Allgemeine Grundlagen.- 1.1. Einleitung.- 1.2. Mathematische Hilfsmittel zur Darstellung turbulenter Strömungen.- 1.2.1. Erwartungswerte, Wahrscheinlichkeitsdichte.- 1.2.2. Mittelwerte.- 1.2.3. Weitere Einzelheiten über die Wahrscheinlichkeitsdichteverteilungen.- 1.2.4. Statistische Beschreibung von Geschwindigkeitsfeldern kontinuierlicher Medien.- 1.2.5. Fourier-Analyse der Turbulenzfelder.- 1.2.6. Konstruktion symmetrischer Tensorfelder.- 1.3. Strömungsgleichungen.- 1.3.1. Allgemeine Strömungsgleichungen für Gase.- 1.3.2. Strömungsgleichungen für inkompressible Flüssigkeiten.- 1.3.3. Randbedingungen und mathematische Formulierung des Turbulenzproblems.- 1.3.4. Druckschwankungen und Wirbelgleichung.- 1.3.5. Strömungsgleichungen in Mittelwerten; Reynoldssche Gleichungen.- 1.3.6. Bewegungsgleichungen der statistischen Momente und der Spektralfunktionen.- 2. Homogene Turbulenzfelder.- 2.1. Einführung.- 2.1.1. Generelle Eigenschaften.- 2.1.2. Wirbelgleichung.- 2.1.3. Windkanalturbulenz.- 2.2. Kinematik und Dynamik der homogenen Turbulenz.- 2.2.1. Kinematische Beziehungen.- 2.2.2. Korrelations- und Spektralfunktionen im gleichförmigen Flüssigkeitsstrom.- 2.2.3. Dynamische Gleichungen.- 2.3. Isotrope Turbulenzfelder.- 2.3.1. Kinematik isotroper Turbulenz.- 2.3.2. Dynamik der isotropen Turbulenzfelder.- 2.3.3. Energietransport im Wellenzahlenraum.- 2.4. Struktur und Energiedissipation isotroper Turbulenz.- 2.4.1. Örtliche Struktur bei großen Reynolds-Zahlen.- 2.4.2. Grobstruktur.- 2.4.3. Endstadium.- 2.4.4. Ähnlichkeit der Struktur und das Abklinggesetz.- 2.4.5. Energiedissipation bei großen Reynolds-Zahlen.- 2.4.6. Lösungen der Spektralgleichung nach dem Ähnlichkeitsansatz.- 2.5. Achsensymmetrische Turbulenzfelder.- 2.5.1. Kinematik und Dynamik der achsensymmetrischen Turbulenz.- 2.5.2. Energieaustausch zwischen Geschwindigkeitskomponenten verschiedener Richtungen.- 3. Turbulente Scherströmungen.- 3.1. Grundzüge der Scherströmungen.- 3.1.1. Einleitung.- 3.1.2. Reynoldssche Gleichungen für turbulente Strömungsschichten.- 3.1.3. Gleichungen für die Reynolds-Spannungen und kinetische Schwankungsenergie.- 3.1.4. Über den Energiehaushalt.- 3.1.5. Scherströmungen großer Reynolds-Zahlen.- 3.1.6. Gleichgewichtsbedingungen einfacher Scherströmungen.- 3.1.7. Räumlich-zeitlicher Bewegungsablauf.- 3.2. Strömung nahe fester Wände.- 3.2.1. Ähnlichkeitsbetrachtungen.- 3.2.2. Experimentelle Befunde.- 3.2.3. Energiehaushalt.- 3.2.4. Bewegungen in der viskosen Unterschicht.- 3.2.5. Strömung an rauhen Oberflächen.- 3.3. Freie Grenzen der Turbulenzfelder.- 3.3.1. Vorbemerkungen.- 3.3.2. Gemischt laminar-turbulente Strömungen.- 3.3.3. Statistische Beschreibung.- 3.3.4. Dynamik der Turbulenzausbreitung.- 3.3.5. Die Strömung außerhalb der Turbulenzgebiete.- 3.4. Halbempirische Berechnungsmethoden.- 3.4.1. Austauschansatz und Mischungswegformel.- 3.4.2. Berechnungsmethoden auf der Grundlage der Turbulenz-Energiegleichung.- 3.4.3. Bewegungsgleichung für ein Integral-Längenmaß.- 3.4.4. Weitere Entwicklungen.- 4. Erscheinungsformen turbulenter Scherströmungen.- 4.1. Einführung.- 4.2. Strömung durch Leitungen und Rohre gleichbleibender Querschnitte.- 4.2.1. Druckabfall und Schubspannungen.- 4.2.2. Ähnlichkeitsbetrachtungen.- 4.2.3. Widerstandsgesetz.- 4.2.4. Weitere Einzelheiten der Strömung.- 4.2.5. Anwendung halbempirischer Ansätze.- 4.2.6. Sekundärströmungen.- 4.3. Freie Turbulenz.- 4.3.1. Ähnlichkeitsbetrachtungen.- 4.3.2. Versuchsergebnisse.- 4.3.3. Turbulenzstruktur.- 4.3.4. Anwendung halbempirischer Ansätze.- 4.3.5. Freie Strahlgrenzen.- 4.4. Grenzschichten.- 4.4.1. Grenzschichtgleichungen.- 4.4.2. Grenzschicht an einer flachen Platte.- 4.4.3. Reibungswiderstand der flachen Platte.- 4.4.4. Gleichgewichtsgrenzschichten.- 4.4.5. Turbulenzstruktur.- 4.4.6. Berechnungsverfahren.- 5. Weitere Probleme.- 5.1. Wärmetransport und Vermischung.- 5.2. Erzeugung und Ausbreitung von Schall.- 5.3. Strömungen mit erheblichen Dichteänderungen.- 5.4. Analytische Theorien der Turbulenz.- 5.5. Statistische Strömungsmechanik.- Weiterführende Bücher.