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Die Stromfadentheorie ist Bestandteil der Strömungslehre.
Sie beschäftigt sich mit der Bewegung eines Teilchens entlang eines Stromfadens, auch Stromröhre mit variabler Querschnittsfäche genannt. Dabei werden kompressible und inkompressible Fluidebetrachtet.
Die Vorgehensweise ist dabei, dass ein System in Teilsysteme zerlegt wird, deren Trennstellen jeweils eine Zahl in aufsteigender Reihenfolge mit der Durchflussrichtung erhalten, zuzüglich der Zahl 0 für den Systemeingang und einer Zahl für den Systemausgang, welche Teilsystemanzahl + 1 ist.
Beispiel: Ein System, welches aus 4 Teilsystemen besteht, hat am Anfang die Zahl 0, an den Trennstellen der Teilsysteme nacheinander 1, 2, 3, und am Systemausgang die Zahl 4.
Dieses System wird jetzt von einer Flüssigkeit oder einem Gas durchströmt und man bezeichnet der Weg, den das Fluid nimmt, als den Stromfaden.
Der Vorteil der Vorgehensweise liegt darin, dass man über unbekannte physikalische, thermodynamische oder aerodynamische Zustandsgrössen "hinwegrechnet", indem man die unbekannten Trennstellen einfach auslässt. Dann kann man längs des "Stromfadens" unter der Prämisse des Kontinuitätssatzes und des Energieerhaltungssatzes die Zustände der Systemtrennstellen berechnen, die nur soviel Unbekannte haben, dass man sie ermitteln kann.
Ein Anwendungsbeispiel dafür ist eine Rohrleitungmit veränderlichem Querschnittoder die Düseeines Flugzeugs.
Mithilfe der Formeln der Stromfadentheorie kann man bei gegebenen Querschnittsmaßen und der Eintrittsgeschwindigkeit die Austrittsgeschwindigkeit der Luft oder der Flüssigkeit berechnen. Andere Beispiele sind Messungen von Strömungsgeschwindigkeit unter anderem mit einem Venturirohr.
Die Ausgangsgleichung für diese Betrachtungen ist die Kontinuitätsgleichung, die über die Massenbilanzvon dem in eine Kontrollfläche austretendem und eintretendem Massenstrom gebildet wird.
A0*u0 = A(x)*u(x) = A1*u1 , wobei A(x) die Querschnittsfläche in einem beliebigen Punkt zwischen 0 und 1 ist.
u(x) ist die Strömungsgeschwindigkeit in einem beliebigen Punkt zwischen 0 und 1, die über A konstant ist.
Weiterhin zeigt die Bernoulli-Gleichungdie Erhaltung des Impulses während der Durchquerung einer Kammer oder eines Rohres auf.
1/2pu2+p = konstant, wobei p die Dichte ist.
Bei Gasen werden zusätzlich zu obigen Gleichungen die allgemeinen Gasgesetzebenötigt.
Siehe auch
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