Turbulente Strömung

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Tool: turbulente Strömung

Die turbulente Strömung ist eine Bewegung von Fluiden. Hierbei kommen über einen weiten Größenskalenbereich Verwirbelungen auf. Diese Strömungsvariante ist in der Regel charakteristisch durch ein dreidimensionales Strömungsfeld mit entweder einer räumlich und / oder zeitlich scheinbar zufällig abweichenden Komponente.

der Gegensatz: laminare Strömung

Eine Turbulenz ist mit einer verstärkten Durchmischung verbunden. Dies drückt in effektiv vergrößerten Diffusionskoeffizienten heraus. Bei einer großräumigen Turbulenz ist der Anteil der Diffusion auf molekularer Art und Weise sprichwörtlich bedeutungslos. Die Turbulenz ist nicht nur dafür zuständig, die Stoffe zu transportieren, sondern auch physikalische Größen, wie Impuls, Wärmetransport oder die innere Energie zu befördern. Der Druckverlust bei einer Strömung im Rohr hängt von der Diffusion des Impulses ab und ist bei der turbulenten Strömung größer als zum Gegenteil der laminaren Strömung. Parallel dazu gibt es bei der Geschwindigkeit entgegengesetzt einer Strömung Unterschiede, die von dem Wandabstand abhängig ist und somit die Turbulenz angeregt wird. Mit aufsteigendem Rohrdurchfluss nimmt die Turbulenzintensität zu und daraus steigt der Druckverlust enorm an.

Eigenschaften der turbulenten Strömungen

Turbulente Strömungen haben folgende Eigenschaften:

a) hervorstechende Fraktalität, auch unter Skalierung bekannt, bei der Bildung des Mittelwerts hinsichtlich der Zeit und Länge in Verbindung größter Ausdehnung von berechtigten Längen- und Zeitskalen (Beispiel: ein großer Wirbelsturm ist riesig, die kleinsten Wirbel sind nur Millimeter groß)
b) raumzeitliche Struktur ist durcheinander und nur schwer vorhersagbar (Beispiel: die Windgeschwindigkeit kann sich an einer Windkraftanlage schnell ändern)
c) schwache Abhängigkeit von den Startbedingungen
d) sensible Dependenz von den Randbedingungen

Die Turbulenz in Luftmassen und / oder Fluiden kann wie folgt erklärt werden:

a) Die Zufälligkeit ist kaum vorherzusehen
b) Diffusivität ist eine Verbindung zwischen starke und schnelle Durchmischung als im Vergleich zur Beeinflussung einer bedächtig molekularen Diffusion
c) Die Dissipation ist eine kinetische Energie, die sich in Wärme umwandelt und sich in größeren Ausdehnungen teilt
d) Der turbulente Fluss ist nur vorhanden, wenn die Energie von außen her zugeführt wird
e) Bei der Nichtlinearität ist der laminare beispielsweise zu instabil, wenn die Nichtlineare keinen enormen Einfluss bekommen. Wenn die Nichtlinearität zunimmt, kann sich die Sequenz unterschiedlicher Instabilitäten ändern, bevor die volle Turbulenz sozusagen seine Grenzen erreichen kann.

Beschreibung zur turbulenten Strömungen

Um die turbulenten Strömungen ausrechnen zu können, müssen die einzelnen Eigenschaftskomponenten, wie Druck und Geschwindigkeit in einem Term, der von einer statistischen Unterbrechungsbewegung überlagert wird; bekannt auch unter die Reynoldsche Zerlegung mit der Formel:

Turbulente Strömungen sind in homogene Turbulenzen, isotrope Turbulenzen und Scherturbulenz zu differenzieren, die jeweils eigene Charaktermerkmale aufweisen. Mathematisch gesehen ist die turbulente Strömung nur schwer zu beschreiben. Die Darstellung der idealisierten Strömungsformen sind entweder homogener und / oder isotroper Trubulenzform, da sich im Allgemeinen die Gleichung von Reynold sich immer weiter vereinfachen.

hilfreiches Tool zum Berechnung der turbulenten Strömung

Das Tool ist hervorragend für diejenigen, die es sich einfacher machen wollen, die turbulente Strömung mittels eines Rechners zu berechnen:

Die Ziffern für die

1. umströmte Querschnittsfläche (m²)
2. Widerstandsbeiwert
3. Dichte des Mediums (kg/m³)
4. Strömungsgeschwindigkeit (m/s)

müssen eingeben und schon kann die turbulente Strömung berechnet werden. Für die Unterlagen gibt es die Möglichkeit diese Berechnung auszudrucken, damit der Endwert nicht so schnell vergessen wird.