Strömungsmechanik (STM I)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Fluid Mechanics)
(Prüfungsordnungsmodul: Strömungsmechanik I)

Lehrveranstaltungen:

• • Strömungsmechanik
    (Vorlesung, 2 SWS, Antonio Delgado, Mi, 12:15 - 13:45, KS I)
  • Strömungsmechanik - Übung
    (Übung, 1 SWS, Hermann Lienhart, Mo, 10:15 - 11:45, KS I)
  • Strömungsmechanik - Praktikum
    (Praktikum, 1 SWS, Jovan Jovanovic, Di, Fr, 10:00 - 12:00, 13:00 - 15:00, 15:00 - 17:00, Raum n.V.)

Inhalt:

Die Vorlesung stellt eine Einführung in die Strömungsmechanik dar. Es werden Grundbegriffe behandelt und die wichtigsten Grundgesetze (Kontinuitätsgleichung, Impulsgleichung) abgeleitet. Aufbauend auf den Grundgesetzen werden die Hydro- und Aerostatik als Sonderfälle der Strömungsmechanik behandelt. Anhand zahlreicher Beispiele wird die Anwendung der hydro- und aerostatischen Grundgesetze verdeutlicht. Wichtige Themen, die in der Vorlesung behandelt werden, umfassen die Strömungskinematik, Grundlagen der Ähnlichkeitstheorie, etc.. Stationäre eindimensionale Strömungen idealer Flüssigkeiten werden behandelt und die Grenzen der eingesetzten potentialtheoretischen Lösungen aufgezeigt. Die Berechnungen von Kräften in Folge von Strömungsvorgängen werden anhand der integralen Impulsgleichung angegeben und der Einsatz der Endgleichung erläutert. Die Bernoulli-Gleichung wird abgeleitet und in zahlreichen Beispielen für Hydromechanik und für Gasdynamik angewandt. Mit gasdynamischen Überlegungen schließt die Vorlesung ab. Übungen ergänzen die Vorlesung.

Praktikumsversuche:

• Torricellischer Ausflußversuch: An einem Modellgefäß wird der hydrostatisch getriebene Ausfluß von Wasser untersucht. Hierbei wird der Volumenstrom der Flüssigkeit als Funktion des Flüssigkeitspegelstandes ermittelt. Als theoretische Grundlage zur Beschreibung des Vorganges wird die Bernoullische Gleichung abgeleitet und herangezogen. Der Vergleich des Ausflusses aus dem Gefäß direkt mit dem Fall des Ausströmens durch ein Rohr zeigt die Wirkung von viskosen Kräften.

• Rohrwiderstand: Der Einfluß der Geometrie, Reynoldszahl und Oberflächenrauheit auf das Widerstandsverhalten von durchströmten Rohren und Rohrleitungselementen (Krümmern, Ventilen, etc.) wird anhand einer Wasserströmung meßtechnisch erfaßt. Für das Experiment wird ein Aufbau mit einem geschlossenen Kreislauf eingesetzt. Verschiedene Methoden zur Messung von Volumenströmen durch Rohre, wie magneto-induktive und Blenden-Messtechniken, werden eingesetzt und verglichen.

• Hitzdrahtanemometrie: Die Vermittlung der Wirkungsweise und der Handhabung von Hitzdrahtsonden bei der Messung von Strömungsgeschwindigkeiten sind Ziel des Versuchs. Das Vorgehen zur Kalibration der Sonde wird detailliert demonstriert, wobei ein Prandtl-Rohr als Referenz eingesetzt wird. Das Messgerät wird dann zur Untersuchung von Luftströmungen eingesetzt. Bestimmt werden Mittelwerte und Schwankungsbreite der gemessenen Geschwindigkeiten.

• LDA-basierte Durchflußmeßtechnik: Anhand einer modernen Meßtechnik auf Laser-Doppler-Basis wird der Durchfluß von Wasser durch ein Rohrleitungssystem gemessen. Die Grundlagen der Laser-Doppler-Anemometrie werden erläutert, und Messungen werden durchgeführt und mit Ergebnissen aus Versuchen verglichen. Als Grundvoraussetzung für die Anwendung dieser LDA-Meßtechnik ist die Laminarität der Strömung wichtig.
  

Lernziele und Kompetenzen:

Die Studierenden:

• kennen die Grundbegriffe der Strömungsmechanik

• können die Grundgleichungen (bspw. Bernoulli-Gleichung) ableiten

• wenden die Gleichungen in der Hydrostatik und Aerostatik sowie für die Berechnung von Potentialströmungen an

• berechnen Kräfte in Folge von Strömungsvorgängen anhand der integralen Impulsgleichung

• kennen ausgewählte Meßtechniken (wie magneto-induktive und Blenden-Messtechniken, Hitzdrahtanemometrie, LDA-basierte Durchflußmeßtechnik) und wenden diese für Lösungen strömungsmechanischer Probleme an
  

Literatur:

• F. Durst, Strömungsmechanik I: Strömungen viskositätsfreier Fluide, Manuskript zur Vorlesung

• J. H. Spurk, Strömungslehre: Einführung in die Theorie der Strömungen, 4. Auflage, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1996
  

Organisatorisches:

Grundwissen in Mathematik und Physik für Ingenieure.

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Chemie- und Bioingenieurwesen (Bachelor of Science): 4. Semester
   (Po-Vers. 2010 | Bachelorprüfung | Strömungsmechanik I)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Strömungsmechanik I (Prüfungsnummer: 70111)

(englischer Titel: Fluid Mechanics I)

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 120, benotet

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: SS 2015, 1. Wdh.: WS 2015/2016

1. Prüfer:

Antonio Delgado

Termin: 25.09.2015, 13:00 Uhr, Ort: H 7 TechF
Termin: 23.03.2016, 16:00 Uhr, Ort: K 1 TechF
Termin: 29.09.2016, 12:30 Uhr, Ort: Tentoria
Termin: 05.04.2017, 16:00 Uhr, Ort: H 7 TechF

Praktikum Strömungsmechanik I (Prüfungsnummer: 70102)

(englischer Titel: Practical Fluid Mechanics I)

Studienleistung, Praktikumsleistung, unbenotet

Erstablegung: SS 2015, 1. Wdh.: WS 2015/2016

1. Prüfer:

Jovan Jovanovic