0. Einleitung
-
Kompressible Strömung:

-
Dichteveränderliche Strömung:

-
Maß für die Kompressibilität:

-
Machzahl:
; 
-
Gradient:

-
Divergenz:

-

-

-
Kleine Störungen:



-
Einheiten:
![Rendered by QuickLaTeX.com \left[ F \right] = N = \frac{{{\text{kg}}\cdot {\text{m}}}}{{{{\text{s}}^2}}}](http://me-lrt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-0ce885605e7f44942673270fd5d58e41_l3.png)

![Rendered by QuickLaTeX.com \left[ P \right] = W = V \cdot A = \frac{J}{C} \cdot \frac{C}{s} = \frac{J}{s}](http://me-lrt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-9abf8ebd5083df008d5cb0c7736bfbc8_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com \left[ R \right] = \frac{J}{{kg\;K}}](http://me-lrt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-bb2f8092cbb7a4ed3d3289d89bf9bd7c_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com \left[ \nu \right] = \frac{{{m^2}}}{s}](http://me-lrt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-662b8857d2270b8525109021fe3aff0b_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com \left[ {\operatorname{Re} } \right] = \left[ {} \right]](http://me-lrt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-a31d0ba337b8de3dcf979843bccbb905_l3.png)
-

1. Akustik
-
Kontinuitätsgleichung (Masse):



Linearisiert:

-
Navier-Stokes-Gleichungen (Impulserhaltung):

Vernachlässigung von äußeren Kräften und Reibung
Eulersche Gleichungen:
Linearisiert:
-
Druck-Dichte-Relation:

-
Schallgeschwindigkeit:

-
Wellengleichung (ebene Welle):

Allgemeine Lösung:

Nach links:
; nach rechts (positiver Richtung): 
Zeitliche Ableitung:

Räumliche Ableitung:

Dichteverteilung:
![Rendered by QuickLaTeX.com {\rho ^\prime } = \frac{{{p^\prime }\left( {x,t} \right)}}{{{c^2}}} = \frac{1}{{{c^2}}}\left[ {f\left( {x - ct} \right) + g\left( {x + ct} \right)} \right]](http://me-lrt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-0bdf88c4ee22f590607fa952b2b5bdb2_l3.png)
-
Schnelle:
![Rendered by QuickLaTeX.com {u^\prime }\left( {x,t} \right) = \frac{1}{{{\rho _0}c}}\left[ {f\left( {x - ct} \right) + g\left( {x + ct} \right)} \right]](http://me-lrt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-e9639a85bfc10f3f9c1962d30933f4ac_l3.png)
Schnelle in unterschiedlichen Medien:

-
Wellenwiderstand / Akustische Impedanz:
![Rendered by QuickLaTeX.com Z = {\rho _0}c\quad = \left[ {\frac{{kg}}{{{m^2}s}}} \right]](http://me-lrt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-232bc56845834c5583caea1ea0d5ebed_l3.png)
-
Wellenzahl:

-
Harmonische Welle (der Druckstörung):

-
Effektiv- / RMS-Wert einer Druckschwankung:

(root mean square) bei einer harmonischen Welle:

-
Schalldruckpegel:

-
Überlagerung harmonischer Wellen / Schwebung:

-
Phasengeschwindigkeit (Ausbreitungsgeschwindigkeit der Grundschwingung):

-
Gruppengeschwindigkeit (Ausbreitungsgeschwindigkeit der Einhüllenden):

Reflexion und Transmission
-
Amplitude / Intensität der Reflektierten Welle:
-
Reflexionsfaktor:
; Transmissionsfaktor: 
-
Amplitude der transmittierten Welle:
![Rendered by QuickLaTeX.com \[{A_2} = {A_1} + {B_1} = \left( {1 + \frac{{{Z_2} - {Z_1}}}{{{Z_2} + {Z_1}}}} \right){A_1} = \left( {1 + R} \right){A_1} = T{A_1}\]](http://me-lrt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-9da7a8aa08aaf59c5a879a660a1d2870_l3.png)
-
Brechung:

-
Schallausbreitung bei Strömung:



Martinshorn:
(annäherndes Fahrzeug) -
Machwinkel:

Inhomogene Wellengleichung
Konti+Reibungsbehaftete Navier-Stokes-Gleichung:




Lighthillscher Spannungstensor:

(Lighthill-Gleichung) -
Newtonscher Reibungsansatz:

-
Abschätzungen:

-
Reynoldsscher Spannungstensor:
-
Lösung der Lighthill-Gleichung (Schallfeld im Fernfeld):
(VQ: Begrenztes Volumen)Schalldruckfeld einer oszillierenden Kugel (Kugelkoord.):

-
Ma8-Gesetz (mittlere Schalleistung):


-
Lärmerzeugung (Dipolverteilung, Impulszufuhr, oszillierende Wirbel, Wirbelschall):

2. Thermodynamische Grundlagen
-
Zustandsgleichungen:
Virialentwicklung:
; Z: Realgasfaktor (1
id. Gas.)
Van-der-Waals-Gleichung:
(a: Kohäsionsdruck; b: Kovolumen; Z = 1
a = b = 0) -
Ideale Gasgleichung:


in
: spezifische oder spezielle Gaskonstante
in
: universelle / molare Gaskonstante 
in
: Masse (
ist die Masse einer Molekel in kg)
in
: Stoffmenge
in
: molare Masse oder Molmasse
: Teilchenzahl
in
: Avogadro-Konstante 
in
: Boltzmann-Konstante 
-
Kalorische Zustandsgleichung oder Energiegleichung
Innere Energie:

Als totales Differential:

Für ein thermisch und kalorisch ideales Gas:

spez. Wärmekapazität bei konst. Volumen:
(= konst. bei idealem Gas) -
Kalorische Zustandsgleichung mit Volumenänderungsarbeit
Enthalpie:

Als totales Differential:

Für ein thermisch und kalorisch ideales Gas:

spez. Wärmekapazität bei konst. Druck:
(= konst. bei idealem Gas) -
Kalorische Zustandsgleichung mit Volumenarbeit und Wärmeaustausch
Entropie:

Als totales Differential:

Für ein thermisch und kalorisch ideales Gas:
Fundamentalgleichung:



-
1. Hauptsatz der Thermodynamik:

-
2. Hauptsatz der Thermodynamik:

-

-
isotherm:
; isochor: 
isobar:
; adiabat: 
-
Bei isentropen (adiabat, reversibel) Zustandsänderungen gilt:

3. Eindimensionale Gasströmungen
-
Erhaltungsgleichungen
Massenerhaltung:

Impulserhaltung:

Energieerhaltung:

-
Energiegleichung:
Für ideale Gase bei Vernachlässigung der potentiellen Energie:

Ausströmen aus einem Kessel (stationär)
Geschwindigkeitsverlauf (aus Energiesatz):

-
Ausströmgeschwindigkeit:
; 
-
mit 
-
Dichteverlauf (aus Isentrope):

-
Temperaturverlauf (aus Zustandsgleichung und Isentrope):

-
Machzahlverlauf:
![Rendered by QuickLaTeX.com \boxed{Ma = \frac{u}{c} = \sqrt {\frac{2}{{\kappa - 1}}\left[ {{{\left( {\frac{{{p_0}}}{p}} \right)}^{\frac{{\kappa - 1}}{\kappa }}} - 1} \right]} }](http://me-lrt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-a6cf63f848ccb9476dc4e0ef95b0f2e9_l3.png)
-
Kritische Werte (für
) (bei
):




Laval-Düsenströmung
-
Fundamentale Beziehung:

-

-
Verhalten:

-
Stromdichte (Maß für den Platzbedarf einer Strömung):

; 
-
DGL für Ma(x) bei gegebenem A(x):

-
Diagramm F
-
Kompressible Rohströmung mit Reibung
-

-
-

-
(
aus Moody-Diagramm) 
-
![Rendered by QuickLaTeX.com \boxed{\frac{{{T_2}}}{{{T_1}}} = 1 + \frac{{\kappa - 1}}{2}Ma_1^2\left[ {1 - {{\left( {\frac{{{u_2}}}{{{u_1}}}} \right)}^2}} \right]}](http://me-lrt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-a67a98aa34691f328861f31a7e0638b8_l3.png)
-
(Massenbilanz, Zustandsgleichung) (s.u.)
Unstetigkeitsbedingungen
-
Massenstrom:

-
Energiestrom:

-
Impulsstrom:

Verdichtungsstoß
-
Massenbilanz:

-
Impulsbilanz:

-
Energiebilanz:

-
Zustandsgleichung:

-
-

Senkrechter Verdichtungsstoß (Normal Shock)
-
Stoßlösung:

![Rendered by QuickLaTeX.com \boxed{\frac{{{T_2}}}{{{T_1}}} = \frac{{{p_2}}}{{{p_1}}} \cdot \frac{{{\rho _1}}}{{{\rho _2}}} = \left[ {1 + \frac{{2\kappa }}{{\kappa + 1}}\left( {Ma_1^2 - 1} \right)} \right]\left( {\frac{{\kappa - 1}}{{\kappa + 1}} + \frac{2}{{\kappa + 1}}\frac{1}{{Ma_1^2}}} \right)}](http://me-lrt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-3b6cf3ea49ba7330dfeb3c8ec0eb931b_l3.png)

-
Entropiezunahme (Nach dem 2. HS der Thermodynamik):

: Machzahlen, senkrecht zu den Stößen!
Starker Verdichtungsstoß:
-
Hyperschalllimes:

Prandtl’sche Stoßrelation
-


-
Kritische Mach-Zahl:

-
(Stoßpolarendiagramm)
4. Einfache Sonderfälle zweidimensionaler Strömungen
Schiefer Verdichtungsstoß (Mach Wave)
-
Stoßlösung:
![Rendered by QuickLaTeX.com \frac{{{p_2} - {p_1}}}{{{p_1}}} = \frac{{2\kappa }}{{\kappa + 1}}\left[ {{{\left( {M{a_1}\sin \beta } \right)}^2} - 1} \right]\quad ;\quad \frac{{{u_2}}}{{{u_1}}}\left( { = \frac{{{\rho _1}}}{{{\rho _2}}}} \right) = \frac{{\kappa - 1}}{{\kappa + 1}} + \frac{2}{{\kappa + 1}} \cdot \frac{1}{{{{\left( {M{a_1}\sin \beta } \right)}^2}}}](http://me-lrt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-f8a71ef62a5655d3aa5d185c242792fb_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com \boxed{\frac{{{T_2}}}{{{T_1}}}\left( { = \frac{{{p_2}}}{{{p_1}}} \cdot \frac{{{\rho _1}}}{{{\rho _2}}}} \right) = \underbrace {\left[ {1 + \frac{{2\kappa }}{{\kappa + 1}}\left\{ {{{\left( {M{a_1}\sin \beta } \right)}^2} - 1} \right\}} \right]}_{{p_2}/{p_1}} \cdot \left( {\frac{{\kappa - 1}}{{\kappa + 1}} + \frac{2}{{\kappa + 1}}\frac{1}{{{{\left( {M{a_1}\sin \beta } \right)}^2}}}} \right)}](http://me-lrt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-6303c241ea308c233265f1c2882ad1b8_l3.png)
: Diagramm (Initial Mach Number / Pressure Ratio)
-
Bereich möglicher Stoßwinkel (wave angle degrees):

: senkrechter Stoß, größter Druckanstieg
: Mach-Linie, Stoß verschwindender Stärke -
Mach-Zahl hinter dem Stoß:
(Diagramm: [B] {Initial- / Final Mach Number})Ablenkwinkel (deflection angle):
(evtl.
) -
Umlenk- / Ablenkungswinkel (Diagramm: {Initial Mach Number / Wave Angle Degree}):

Für große Machzahlen (Hypersonisch):

-
Stoßpolarendiagramm von Busemann:

Prandtl-Meyer-Strömung
-
Mach-Winkel:

-
Schiefer Stoß:


-
Prandtl-Meyer-Funktion (Diagramm: Prandtl-Meyer Eckenströmung):
![Rendered by QuickLaTeX.com \boxed{\nu \left( {Ma} \right) = \sqrt {\frac{{\kappa + 1}}{{\kappa - 1}}} \arctan \sqrt {\frac{{\kappa - 1}}{{\kappa + 1}}\left( {M{a^2} - 1} \right)} - \arctan \sqrt {M{a^2} - 1} = \left[ ^\circ \right]}](http://me-lrt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-17847400d5f71328eeac09e338d77018_l3.png)
Kompression:

Expansion:

Für gewöhnlich:

-
Größtmöglicher Umlenkwinkel (für Luft
):
-
Entropiezunahme:


Stoß-Expansions-Theorie (für schlanke Profile)
-
Druckänderung für schlanke Profile
: 
-
Druckkoeffizient:
![Rendered by QuickLaTeX.com \boxed{{c_p} = \frac{{2\vartheta }}{{\sqrt {M{a^2} - 1} }} = \left[ {\frac{2}{{\kappa Ma_\infty ^2}}\left( {\frac{p}{{{p_\infty }}} - 1} \right)} \right]}](http://me-lrt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-2cb1486f165cf22642736f7a3de81a6a_l3.png)
-
Beispiel: Doppelkeilprofil (Länge L, Dicke d)
Wellenwiderstand (pro Einheitstiefe):

Widerstandsbeiwert (auf Einheitstiefe 1 bezogen):

-
Beispiel: Ebene angestellte Platte (Länge L, Anstellwinkel
)Widerstandsbeiwert:

Auftriebsbeiwert:

-
Allgemein:
Wellenwiderstand:

5. Die Bewegungsgleichungen idealer Fluide
Konsequenzen aus den Bilanzgleichungen
-
Gesamtenthalpie:

-
Entropie:

-
Wirbelsatz von Crocco:

-
Isentropenbeziehung:

Gasdynamische Grundgleichung
-
Gasdynamische Grundgleichung:

-

-
Drehungsfreiheit:

-
Gasdynamische Grundgleichung:

6. Linearisierte, ebene, stationäre Strömungen
Theorie kleiner Störungen
-
Linearisierung:

-
Linearisierte gasdynamische Grundgleichung:

-
Druck- und Geschwindigkeitsstörung:

-
Linearisierte Potentialgleichung:

An der Wand:


Die Strömung längs einer welligen Wand
Linearisierte ebene Unterschallströmung
- Unterschallströmung:
Potentialgleichung:


Linearisierte ebene Überschallströmung
-
Überschallströmung:
Potentialgleichung:

; Pot.Gl.: 
Allgemeine d’Alembertsche Lösung der Potentialgleichung:


7. Das Charakteristikenverfahren
Das Charakteristikenverfahren
-
Strömungswinkel:
; 
Die Verträglichkeitsbedingungen
- Radius der Stromlinie: R
-
Grundgleichungen in s,n-Koordinaten:
-
Kontigleichung:

-
Kräftegl. in s-Richtung (Stromlinie):

-
Kräftegl. in n-Richtung (Normale):

-
Energiegleichung:

-
Kontigleichung:
-


-
Verträglichkeitsbedingungen (zwischen
und
):
(konst. entlang
Charakteristiken)
(konst. entlang
Charakteristiken)
Riemann’sche Invarianten:

Schema:
![Rendered by QuickLaTeX.com \[\begin{array}{*{20}{c}} {{v_3}}&\vline & {{\vartheta _3}} \\ \hline {{Q_1}}&\vline & {{R_2}} \end{array}\]](http://me-lrt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-22def2f34b66cb569657b7ce59b703c7_l3.png)
8. Hyperschall-Versuchsanlagen
9. Grenzschichten in kompressiblen Strömungen
Prandtlzahl
-
Machzahl:
(Strömungs- / Schallgeschwindigkeit) -
Reynoldszahl:
(Trägheitskraft / Reibungskraft) -
Prandtlzahl:
(Impulsdiffusion / Wärmetransport) -
Temperaturleitfähigkeit:
(thermal diffusity) (Wärmeleitfähigkeit /
Volumenbezogene Wärmekapazität) -
kinematische Viskosität:
(momentum diffusity) -
Dicke von Temperaturgrenzschicht
zu Strömungsgrenzschicht
: 
Dissipation und Recovery-Faktor
-
Recovery-Faktor:

Verdrängungswirkung der laminaren kompressiblen Grenzschicht
- Verdrängungsdicke:

-
Grenzschichtdicke:

-

-

Wandschubspannungen bei kompressiblen Grenzschichtströmungen
- Potenzsatz:

-

10. Turbulente und kompressible Grenzschichtströmungen
- Korrelationskoeffizient:

-
Dichte:

-
Ideales Gasgesetz:

-
Zusammenhang zwischen Druck-, Dichte- und Temperaturschwankungen:

-
Morkovin-Hypothese:

-
Grenzschichtannahmen:

-
Kontinuitätsgleichung für im Mittel stationäre und zweidimensionale turbulente kompressible Strömungen:

-
Turbulente Tangentialspannung für kompressible Strömungen:

-
Gleichungssystem für ebene, im Mittel stationäre turbulente kompressible Grenzschichtströmungen:

Randbedingungen:




![Rendered by QuickLaTeX.com \boxed{\frac{{{A_1}}}{{{A^*}}} = \frac{1}{{M{a_1}}}{{\left[ {\frac{2}{{\kappa + 1}}\left( {1 + \frac{{\kappa - 1}}{2}Ma_1^2} \right)} \right]}^{\frac{{\kappa + 1}}{{2\left( {\kappa - 1} \right)}}}}}](http://me-lrt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-b4d04c8737993313938da77632e714a0_l3.png)
