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Durst F. Grundlagen der Strömungsmechanik: Eine Einführung in die Theorie der Strömung von Fluiden

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Durst F. Grundlagen der Strömungsmechanik: Eine Einführung in die Theorie der Strömung von Fluiden
Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2006. 771 p. — ISBN-10: 3-540-31323-0, ISBN-13: 978-3-540-31323-6.
Dieses Lehrbuch stützt sich auf mathematische und physikalische Grundkenntnisse von Studenten mittlerer Semester. Es erläutert den Zusammenhang moderner Strömungsmechanik zur technischen Mechanik und bezieht moderne Mess- und numerische Berechnungsverfahren ein. Jedes Kapitel enthält den Stoff einer einwöchigen Vorlesung, der so aufgebaut ist, dass er Studenten an die jeweilige Spezialliteratur heranführt
Inhaltsverzeichnis
Bedeutung und Entwicklung der Str¨omungsmechanik
Str¨omungsvorg¨angeundihreBedeutung
Teilgebiete der Stromungsmechanik
GeschichtlicheEntwicklung
Literaturverzeichnis
Mathematische Grundlagen
EinleitungundDefinitionen
Tensoren nullter Ordnung (Skalare Gr¨oßen)
Tensoren erster Ordnung (Vektorielle Gr¨oßen)
TensorenzweiterOrdnung
Feldgr¨ oßenundmathematischeOperationen
Substantielle Gr¨oßenundsubstantielleAbleitung
Gradient-, Divergenz-, Rotation- und Laplaceoperator
Kurven-, Fl¨achen-undVolumenintegrale
Integrals¨ atzevonStokesundGauß
Differentialoperatoren in krummlinigen Koordinaten
KomplexeZahlen
Axiomatische Einf¨uhrung komplexer Zahlen
Graphische Darstellung komplexer Zahlen
GaußscheZahlenebene
TrigonometrischeDarstellung
StereographischeProjektion
ElementareFunktion
Literaturverzeichnis
Physikalische Grundlagen
Festk¨orperundFluide
Molek¨uleigenschaften und Gr¨oßen der Kontinuumsmechanik
Transportvorg¨angeinNewtonschenFluiden
AllgemeineBetrachtungen
DruckinGasen
Molek¨ulbedingter Impulstransport
Molek¨ulbedingter W¨arme- und Stofftransport in Gasen
Viskosit¨atvonFluiden
Bilanzbetrachtungen und Erhaltungss¨atze
ThermodynamischeBetrachtungen
Literaturverzeichnis
Grundlagen der Str¨omungskinematik
AllgemeineBetrachtungen
Substantielle Ableitungen
BewegungvonFluidelementen
BahnlinienvonFluidelementen
Streichlinien lokal zugef¨uhrter Tracermaterialien
Kinematische Großen von Str¨omungsfeldern
Stromlinien eines Geschwindigkeitsfeldes
Stromfunktion und Stromlinien zweidimensionaler Str¨omungsfelder
Divergenz eines Str¨omungsfeldes
Translation, Deformation und Rotation von Fluidelementen
Relativbewegungen
Literaturverzeichnis
Grundgleichungen der Str¨omungsmechanik
AllgemeineBetrachtungen
Massenerhaltung(Kontinuit¨atsgleichung)
ZweitesNewtonschesGesetz (Impulsgleichungen)
DieNavier-Stokes-Gleichungen
MechanischeEnergiegleichung
ThermischeEnergiegleichung
Grundgleichungen in verschiedenen Koordinatensystemen
Kontinuit¨ atsgleichung
Navier-Stokes-Gleichungen
Spezielle Formen der Grundgleichungen
Transportgleichung f¨ur Wirbelst¨arke
Bernoulli-Gleichung
Crocco-Gleichung
WeitereFormenderEnergiegleichung
Transportgleichung f¨urchemischeSpezies
Literaturverzeichnis
Hydrostatik und Aerostatik
Hydrostatik
Kommunizierende Gef¨aße und Druckmessger¨ate
Kommunizierende Gef¨ aße
Druckmessger¨ate
Freie Fl¨ussigkeitsoberfl¨achen
Ober߬achenspannung
Steigh¨ohen in Rohren und zwischen Platten
Blasenbildung an D¨usen
Aerostatik
Druck in der Atmosph¨ are
Rotierender Beh¨ alter
AerostatischerAuftrieb
Bedingung f¨ ur Aerostatik: Stabile Schichtungen
Literaturverzeichnis
Ahnlichkeitstheorie
Einf¨ uhrung
Dimensionslose Form der Differentialgleichungen
GenerelleBemerkungen
Dimensionslose Form der Differentialgleichungen
Betrachtungen bei Vorliegen geometrischer und kinematischer Ahnlichkeit
Bedeutung viskoser Geschwindigkeits-, Zeit- und L¨angenmaße
Dimensionsanalyse und π−Theorem
SymmetrievonDifferentialgleichungen
Literaturverzeichnis
Integralformen der Grundgleichungen
ntegralform der Kontinuit¨atsgleichung
DieIntegralformder Impulsgleichung
Integralform der mechanischen Energiegleichung
Integralformder thermischenEnergiegleichung
Anwendungen der Integralform der Grundgleichungen
Ausfluss aus Gef¨aßen
Austrittsgeschwindigkeit aus D¨usen
Impulsauf eine senkrechteebenePlatte
Impuls auf eine schr¨ag angestellte ebene Platte
StrahlablenkunganeinerKante
Mischvorgang in einer Leitung konstanten Querschnitts
Kraft auf eine Turbinenschaufel einer viskosit¨atsfreien Fl¨ussigkeit
Kraft auf ein periodisches Schaufelgitter
EulerscheTurbinengleichung
Leistung von Str¨ omungsmaschinen
Literaturverzeichnis
Stromfadentheorie
AllgemeineBetrachtungen
Ableitungen der Grundgleichungen
Kontinuit¨ atsgleichung
Impulsgleichung
Bernoulligleichung
DieGesamtenergiegleichung
Inkompressible Str¨omung
Hydromechanische D¨usenstr¨omung
Pl¨otzlicheQuerschnittserweiterung
Inkompressible Str¨omungen
Einfluss von Fl¨ achen¨ anderungen auf Str¨ omungen
Druckgetriebene Ausgleichsstr¨ omungen durch konvergierende D¨ usen
Literaturverzeichnis
Potentialstr¨omungen
Potential-undStromfunktion
Potentialstr¨omungenundkomplexeFunktionen
Gleichf¨ormige Str¨omung
Ecken- und Sektorstr¨ omung
Quellen- bzw. Senkenstr¨ omung und Potentialwirbel
Dipolstr¨omung
Potentialstr¨omungumeinenZylinder
Zylinderumstr¨omungmitZirkulation
Zusammenfassung wichtiger Potentialstr¨omungen
Str¨omungskr¨afte auf K¨orper
Literaturverzeichnis
Wellenbewegungen in viskosit¨atsfreien Fluiden
AllgemeineBetrachtungen
Longitudinalwellen:SchallwelleninGasen
Transversalwellen: Ober߬achenwellen
Genereller L¨osungsansatz
Ebene,stehendeWellen
Ebene, fortschreitendeWellen
Hinweiseauf sonstigeWellenbewegungen
Literaturhinweise
Einf¨uhrung in die Gasdynamik
EinleitendeBetrachtungen
MachscheLinienundMachscherKegel
NichtlineareWellenausbreitung
Alternative Formen der Bernoulli-Gleichung
Str¨ omung mit W¨ arme¨ ubertragung (Rohrstr¨ omung)
Rayleigh-undFanno-Beziehungen
Senkrechter Verdichtungsstoß (Rankine-Hugoniot-Gleichung)
Literaturverzeichnis
Str¨omungen inkompressibler Fluide
AllgemeineBetrachtungen
Ableitungen der Grundgleichungen
Ebene Str¨ omungen
Zylinderf¨ ormige Str¨omungen
Ebene Couette Str¨omung
Ebene Str¨omungzwischenPlatten
Ebene Filmstr¨omungaufgeneigterPlatte
Axialsymmetrische Filmstr¨omung
Rohrstr¨omung (Hagen-Poiseuillestr¨omung)
Axiale Str¨ omungzwischenzweiZylindern
Geschichtete Filmstr¨ omungen
Geschichtete, ebene Kanalstr¨ omung
Literaturhinweise
Zeitabh¨ angige Str¨ omungen
AllgemeineBetrachtungen
Beschleunigte und verz¨ogerte Str¨omungen
ErstesStokesschesProblem
DiffusioneinerWirbelschicht
Durch Plattenbewegung induzierte Kanalstr¨omung
Durch Rohrwandbewegung induzierte Rohrstr¨ omung
Oszillierende Str¨omungen
ZweitesStokesschesProblem
Druckgradientengetriebene Str¨ omungen
Einsetzende Kanalstr¨ omung
Einsetzende Rohrstr¨ omungen
Literaturhinweise
Str¨omungen kleiner Reynolds-Zahlen
AllgemeineBetrachtungen
Schleichende Str¨omungzwischenzweiPlatten
EbeneGleit-undSchmierfilme
TheoriederSchmierunginGleitlagern
Die langsameDrehbewegungeinerKugel
DielangsameTranslationsbewegungderKugel
Die langsame Rotationsbewegung eines Zylinders
Die langsame Translationsbewegung eines Zylinders
Diffusions- und Konvektionseinfl¨usse auf Str¨omungsfelder
Literaturhinweise
Str¨omungen großer Reynoldszahlen
AllgemeineBetrachtungenundAbleitungen
L¨osungenderGrenzschichtgleichungen
Plattengrenzschicht (L¨osungnachBlasius)
Integrale Eigenschaften von Wandgrenzschichten
Die laminare, ebene, zweidimensionale freie Scherschicht
Der ebene, zweidimensionale, laminare Freistrahl
Die ebene, zweidimensionale Nachlaufstr¨omung
Grenzschicht der konvergierenden Kanalstr¨omung
Literaturverzeichnis
Instabile Str¨omungen
AllgemeineBetrachtungen
Ursachen von Str¨omungsinstabilit¨aten
Stabilit¨at atmosph¨arischer Temperaturschichtungen
Gravitationsverursachte Instabilit¨at geschichteter Fluide
Rotationsverursachte Instabilit¨aten in Ringspalten
Verallgemeinerte Instabilit¨ atsbetrachtungen
Klassifikationen von Instabilit¨ aten
Transitionale Grenzschichtstr¨ omungen
Literaturverzeichnis
Turbulente Str¨omungen
AllgemeineBetrachtungen
Statistische Beschreibung turbulenter Str¨omungen
Statistische Grundlagen
Grundregeln der Zeitmittelung
Grundregeln der Wahrscheinlichkeitsdarstellungen
CharakteristischeFunktion
Korrelationen, Spektren und Zeitmaßst¨abe der Turbulenz
Zeitgemittelte Grundgleichungen
Die Kontinuit¨ atsgleichung
DieReynolds-Gleichungen
Mechanische Energiegleichung f¨ ur das mittlere Str¨omungsfeld
Energiegleichung f¨ ur kinetische Energie der Turbulen
Maßst¨abe turbulenter Str¨omungen
Turbulenzmodelle
AllgemeineBetrachtungen
Allgemeine Betrachtungen zu Wirbelviskosit¨atsmodellen
Nullgleichungs-Wirbelviskosit¨ats-Modelle
Eingleichungs-Wirbelviskosit¨ats-Modelle
Zweigleichungs-Wirbelviskosit¨ats-Modelle
TurbulenteWandgrenzschichten
Literaturverzeichnis
Numerische L¨osungen der str¨ omungsmechanischen Grundgleichungen
AllgemeineBetrachtungen
Allgemeine Transportgleichung und Diskretisierung
DiskretisierungmittelsFiniterDifferenzen
Finite-Volumen-Diskretisierung
AllgemeineBetrachtungen
R¨aumlicheDiskretisierung
Diskretisierung der zeitlichen Ableitung
BehandlungderQuellterme
Berechnung laminarer Str¨omungen
Berechnungen turbulenter Str¨omungen
Zu l¨osende Str¨omungsgleichungen
Randbedingungen f¨ur die turbulente Str¨omung
Literaturverzeichnis
Str¨omungen mit W¨arme¨ubertragung
AllgemeineBetrachtungen
Station¨are, vollentwickelte Kanalstromung
Nat¨urliche Konvektionsstr¨omung
Instation¨are freie Konvektionsstr¨omung
EbenePlattengrenzschicht
Ahnlichkeitsl¨osung f¨ur Plattengrenzschicht
Vertikale Plattengrenzschichtstr¨omung
Ahnlichkeitsgr¨oßen
Literaturverzeichnis
Einf¨uhrung in die Str omungsmesstechnik
Einf¨uhrendeBetrachtungen
Messungen statischer Dr ucke
Messungen dynamischer Dr¨ucke
Anwendungen von Staudrucksonden
Grundlagen der Hitzdrahtanemometrie
Messprinzip und Grundlagen
Eigenschaften der Hitzdr¨ ahte und Einsatzprobleme
HitzdrahtsondenundHalterungen
Abk¨ uhlgesetze f¨ ur Sensoren und Hitzdrahtsonden
StatischeEichungvonHitzdrahtsonden
Turbulenzmessungen
Laser-Doppler-Anemometrie
Theorie der Laser-Doppler Anemometrie
Optische Systeme f¨ ur Laser-Doppler-Messungen
Elektronische Systeme f¨ ur Laser-Doppler-Messungen
Durchf¨ uhrung von LDA-Messungen: EindimensionaleLDA-Systeme
Literaturverzeichnis
Index
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