Vorwort
V0 Inhalt
V0.1 Inhaltsübersicht
V0.2 Inhaltsverzeichnis
V1 Was Sie vorab wissen sollten
V2 Fluidmechanik-Effekte sind spannend und erklärbar
V3 Zusammenfassung (exemplarisch für die Fluidmechanik)
1 Die wichtigsten Grundlagen der Fluidmechanik einfach erklärt
1.1 Wichtige Begriffe der Fluidmechanik
1.2 Wichtige Stoffwerte, Konstanten, Einheiten und deren Umrechnung
1.2.1 Stoffwerte und Konstanten
1.2.2 Einheiten
1.2.3 Einheiten-Umrechnungen
1.3 Grundlagen für ruhende Fluide (Fluidstatik)
1.3.1 Statischer Druck
1.3.2 Hydrostatik
1.3.2.1 Grundgleichungen der Hydrostatik
1.3.2.2 Druckkraft auf Wände
Druckkraft auf senkrechte Seitenwände
Druckkraft auf schräg geneigte Wand
1.3.2.3 Statischer Auftrieb (Gesetz von Archimedes)
1.3.2.4 Freie Oberflächen
1.4 Der Energieerhaltungssatz für Fluidströmungen (Bernoulli-Gleichung)
1.4.1 Bernoulli-Gleichung für ideale Fluidströmungen
1.4.2 Erweiterte (Energie-)Gleichungen für Fluidströmungen
1.4.2.1 Druckänderung quer zu den Stromlinien
1.4.2.2 Bernoullische Energiegleichung im rotierenden Bezugssystem
1.4.2.3 Bernoulli-Gleichung für instationäre Strömung
1.4.2.4 Bernoulli-Gleichung für stationäre Strömung bei Energiezufuhr oder -abfuhr
1.5 Reibungsbehaftete Fluidströmungen (Durchströmung)
1.5.1 Bernoulli-Gleichung für verlustbehaftete Strömungen
1.5.2 Verluste bei laminarer Rohrströmung
1.5.3 Verluste bei turbulenter Rohrströmung
1.5.4 Druckverluste von Einzel-Strömungsstörern
1.5.5 Zusammengesetzte Widerstände im Strömungssystem
1.5.5.1 Reihenschaltung von Strömungselementen
1.5.5.2 Parallelschaltung von Strömungselementen
1.5.5.3 Beliebige Schaltung von Strömungselementen
1.6 Reibungsbehaftete Umströmung von Körpern
1.6.1 Reibungs-Grenzschichten und Reibungswiderstand
1.6.2 Formwiderstand durch Strömungsablösung bzw. Totwasser
1.6.3 Gesamtwiderstand umströmter Körper
1.6.4 Dynamischer Auftrieb (Querkraft)
1.7 Krafteinwirkungen bei realen, stationären Fluidströmungen auf begrenzende Wände
1.7.1 Grundlagen zum Impulssatz
1.7.2 Grundlagen zum Drehimpulssatz (Drallsatz)
1.8 Sondergebiete der Fluidmechanik
1.8.1 Grenzflächenspannung 𝝈 und Kapillarität
1.8.1.1 Grenzflächenspannung 𝜎
1.8.1.2 Meniskus, Kapillarität und Kontaktwinkel
1.8.2 Kavitation
1.8.3 Ähnlichkeits- und Modellgesetze
1.8.3.1 Ähnlichkeitsgesetze
1.8.3.2 Modellgesetze und deren Kennzahlen
1.8.3.3 Kennzahlen für die Praxis
1.8.4 Gasströmungen
1.8.4.1 Grundgleichungen dichteveränderlicher Fluide
1.8.4.2 Rohrströmung dichteveränderlicher Fluide
2 Methodische Arbeitsschritte zur Lösungsfindung
2.1 Anwendung der Methodik zu Kap. 1.1 (Grundlagen)
2.2 Anwendung der Methodik zu Kap. 1.2 (Stoffwerte und Einheiten)
2.3 Anwendung der Methodik zu Kap. 1.3 (Fluidstatik)
2.4 Anwendung der Methodik zu Kap. 1.4 (Bernoulli-Gleichung)
2.5 Anwendung der Methodik zu Kap. 1.5 (Durchströmung mit Reibung)
2.6 Anwendung der Methodik zu Kap. 1.6 (Umströmung von Körpern)
2.7 Anwendung der Methodik zu Kap. 1.7 (Impulssatz)
2.8 Anwendung der Methodik zu Kap. 1.8 (Sondergebiete)
3 Aufgaben aus allen Bereichen der Fluidmechanik mit Lösungen
3.0 Aha-Strömungsphänomene einfach erklärt
3.1 Aufgabe zu Kap. 1.1 (Fluidbegriffe)
Aufgabe 3.1-1: Volumenstromberechnung
3.2 Aufgabe zu Kap. 1.2 (Stoffwerte und Einheiten von Fluiden)
Aufgabe 3.2-1: Angelsächsische Einheiten
3.3 Aufgaben zu Kap. 1.3 (Fluidstatik/ Aerostatik)
Aufgabe 3.3.2-1 Druckmessung mit U-Rohr-Manometer
Aufgabe 3.3.2-2 Kamin-/Schornsteinwirkung (praktische Anwendung)
Aufgabe 3.3.2-3 Verschlusskraft eines rechteckigen Klappenwehres
Aufgabe 3.3.2-4 Statischer Auftrieb eines Zylinders
Aufgabe 3.3.2-5 Rotierendes Gefäß mit Fluid
Aufgabe 3.3.3-1 Flughöhe eines Segelflugzeugs
3.4 Aufgaben zu Kap. 1.4 (Energieerhaltungssatz/Bernoulli-Gleichung)
Aufgabe 3.4.1-1 Bernoulli-Gleichung für ideale Fluidströmungen
Aufgabe 3.4.2.1-1 Strömung in einem Rohrkrümmer
Aufgabe 3.4.2.3-1 Schnellabschluss einer Rohrleitung
Aufgabe 3.4.2.4-1 Druckwasserpumpe
3.5 Aufgaben zu Kap. 1.5 (Reibungsbehaftete Fluidströmungen)
Aufgabe 3.5-1: Mindestgeschwindigkeit für eine turbulente Strömung
Aufgabe 3.5-2 𝑅𝑒-Zahl im Blutkreislauf
Aufgabe 3.5.3-1 Rohrströmung bei diversen Querschnitten
Aufgabe 3.5.3-2 Leckagestrom 𝑄 bei einer Spaltdichtung
Aufgabe 3.5.5-1 Großräumige Wasserversorgung
Aufgabe 3.5.5-2 Rohrleitung für eine Peltonturbine
Aufgabe 3.5.5-3 Prüfstand zur Durchflussmessung
3.6 Aufgaben zu Kap. 1.6 (Umströmung/dynamischer Auftrieb)
Aufgabe 3.6.1-1 Segelflugzeug-Tragflügelreibung
Aufgabe 3.6.3-1 PKW-Formwiderstand und Antriebsleistung
Aufgabe 3.6.4-1 Boeing 747-Auftriebsbeiwert
3.7 Aufgaben zu Kap. 1.7 (Krafteinwirkung bei Fluidströmungen)
Aufgabe 3.7.1-1 Kraft auf durchströmten Krümmer
Aufgabe 3.7.2-1 Theoretische Kennlinie einer Kreiselpumpe
3.8 Aufgaben zu Kap. 1.8 (Sondergebiete der Fluidmechanik)
Aufgabe 3.8.1-1 Zerstäubung von Wasser
Aufgabe 3.8.1-2 Kapillarwirkung in engen Röhrchen
Aufgabe 3.8.2-1 Kavitationsfreie Strömung
Aufgabe 3.8.3-1 PKW-Modell im Windkanal
Aufgabe 3.8.3-2 Schiffsmodell im Schleppkanal
Aufgabe 3.8.4-1 Ausströmen von Gas aus einem Behälter
Aufgabe 3.8.4-2 Druckverlust einer Wasserdampf-Fernleitung
4 Aufgaben aus weiteren Fachgebieten der Ingenieurtechnik
4.1 Mathematik und Elektrotechnik
4.2 Physik
4.3 Thermodynamik
4.4 Technische Mechanik
4.5 Regelungstechnik
Literatur- und Quellenhinweise
Wem wir Dank sagen
Sachwortverzeichnis