Strömungsmechanik

 

Qualifikationsziele

Die Studierenden:

  • sind mit den wichtigsten Spezialbegriffen und Denkweisen der Strömungsmechanik vertraut und wissen, wo sie diese Denkweisen anwenden können
  • sind in der Lage, sich in ausführlicheren Strömungsmechanik-Lehrbüchern, Lehrbüchern aus einzelnen Spezialgebieten, sowie aktuellen wissenschaftlichen Publikationen aus dem Arbeitsgebiet der Strömungsmechanik rasch zurechtzufinden
  • sind in der Lage, zu erkennen, auf welchen Grad an mathematischer Komplexität die Lösung eines gestellten strömungsmechanischen Problems führt, welche Lösungsverfahren existieren und wie sich Probleme vereinfachenlassen (z.B.: Vernachlässigung von Reibung, stationäre oder instationäre Strömung, Symmetrien, ein- oder mehrdimensionale Theorien)
  • sind in der Lage, einfachste strömungsmechanische Probleme mit einfachen mathematischen Methoden abzuschätzen.

Inhalte

In diesem Modul werden die wichtigsten Grundkenntnisse der klassischen Strömungsmechanik vermittelt. Sie sind unverzichtbar für jeden Naturwissenschaftler und für jeden Ingenieur, da bei den meisten Prozessen in der Natur und in der Technik sich bewegende Fluide beteiligt sind. Die Anwendungen reichen von der Astrophysik, Geophysik, Meereskunde, Meteorologie, sämtlichen Gebieten der Technik, wie Maschinenbau, Fahrzeugbau, Luftfahrzeugbau bis herab zu Strömungen in Gefäßen und Kapillaren in lebenden Systemen. Dabei sind die
Grundprinzipien stets die gleichen. Auch in der angewandten Mathematik und in der Elektrotechnik spielen strömungsmechanische Denkweisen eine Rolle. So erfahren beispielsweise die Begriffe Vektorfeld, Fluss, Divergenz, Rotation, Quelle, Senke, Dipol, Wirbel im strömungsmechanischen Kontext eine ausserordentlich große Anschaulichkeit. Das Modul erfüllt eine Doppelfunktion: Für die Studierenden, welche mit dem Bachelor abschließen, stellt es eine in sich geschlossene didaktische Einheit dar – für die Studierenden von Masterstudiengängen ist es Ausgangspunkt für weitere vertiefende Lehrveranstaltungen. Aus diesem Grund
werden die Grundzüge sämtlicher Teilgebiete der klassischen Strömungsmechanik behandelt:

  • Anschauliche Einführung in verschiedene Strömungsphänomene
  • Dimensionsanalyse, Ähnlichkeitsgesetze, Reynoldszahl und weitere Kennzahlen
  • Masse-, Impuls- und Energieerhaltungsgleichungen für kontinuierliche Medien
  • nichtlineare partielle Differentialgleichungen, Grundzüge ihrer numerischen Lösung sowie Materialgleichungen
  • Einfache Stromfadentheorie inkompressibler Strömungen inclusive instationärer Strömungssituationen
  • Einführung in die Theorie der kompressiblen Strömungen: Unter- und Überschall
  • Klassische Prandtlsche Grenzschichttheorie
  • Technische Strömungen in Rohrleitungen für den laminaren und den turbulenten Fall
  • Potentialströmungen: Darstellung des Geschwindigkeits-Vektorfeldes aus seinen Quellen und Wirbeln, Singularitätentheorie, komplexe Darstellung und konforme Abbildung
  • Drehungsbehaftete Strömungen

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