Strömungsmechanik: für Ingenieure und Naturwissenschaftler (German Edition)

Das Lehrbuch Strömungsmechanik führt anschaulich in die Grundlagen, Grundgleichungen und Lösungsmethoden der Strömungsmechanik ein und hat sich zu einem Standardwerk in der Strömungsmechanikausbildung entwickelt. Es behandelt systematisch die Einführung strömungsmechanischer Software, die der Entwicklungsingenieur in der Industrie vorfindet. Der Naturwissenschaftler findet die strömungsphysikalischen Grundlagen, deren Kenntnisse insbesondere für die Meteorologie und Geophysik erforderlich sind. In der aktuellen Auflage wurden weitere Anwendungsbeispiele ergänzt und substantielle Leserhinweise berücksichtigt. Vorwort 5 Vorwort zur 7. Auflage 6 Inhaltsverzeichnis 7 Bezeichnungen 9 1 Einführung 12 1.1 Strömungen in Natur und Technik 13 1.2 Strömungsbereiche 41 1.3 Produktentwicklung 54 2 Grundlagen der Strömungsmechanik 59 2.1 Eigenschaften strömender Medien 59 2.1.1 Transporteigenschaften 59 2.1.2 Thermodynamische Eigenschaften 64 2.1.3 Oberflächenspannung 67 2.2 Hydro- und Aerostatik 71 2.2.1 Hydrostatik 71 2.2.2 Aerostatik 75 2.3 Hydro- und Aerodynamik, Stromfadentheorie 79 2.3.1 Kinematische Grundbegriffe 79 2.3.2 Inkompressible Strömungen 88 2.3.3 Kompressible Strömungen 114 2.4 Technische Strömungen 138 2.4.1 Turbulente Strömungen 138 2.4.2 Impulssatz 152 2.4.3 Drehimpulssatz 158 2.4.4 Rohrhydraulik 161 2.4.5 Strömungen Nicht-Newtonscher Medien 169 2.4.6 Strömungsablösung 173 2.4.7 Strömungsmaschinen 187 2.5 Aerodynamik des Flugzeuges 198 2.5.1 Profilströmung 199 2.5.2 Tragflügelströmung 205 2.6 Strömungen mit Wärmeübertragung 206 2.6.1 Beheizte vertikale Platte 206 2.6.2 Rohrströmung 211 3 Grundgleichungen der Strömungsmechanik 217 3.1 Kontinuitätsgleichung (Erhaltung der Masse) 218 3.2 Navier-Stokes Gleichungen (Erhaltung des Impulses) 220 3.2.1 Laminare Strömungen 220 3.2.2 Reynolds-Gleichungen für turbulente Strömungen 231 3.2.3 Turbulenzmodelle 238 3.2.4 Grobstruktursimulation 262 3.2.5 Feinstrukturmodellierung 267 3.3 Energiegleichungen (Erhaltung der Energie) 270 3.3.1 Laminare Strömung 270 3.3.2 Turbulente Strömungen 276 3.4 Grenzschichtgleichungen 281 3.4.1 Inkompressible Strömungen 281 3.4.2 Kompressible Strömungen 291 3.5 Potentialgleichungen 292 3.6 Grundgleichungen in Erhaltungsform 298 4 Numerische Lösungsmethoden 307 4.1 Analytische Vorbereitung 309 4.1.1 Dimensionsanalyse 309 4.1.2 Linearisierung 317 4.1.3 Stabilitätsanalyse 338 4.1.4 Strukturanalyse 346 4.2 Diskretisierung 359 4.2.1 Galerkin-Methode 360 4.2.2 Finite-Elemente-Methode 369 4.2.3 Finite-Differenzen-Methode 374 4.2.4 Finite-Volumen-Methode 381 4.2.5 Molekulardynamische Simulationsmethoden 395 5 Strömungsmechanik Software 417 5.1 Software Verifikation und Validierung 418 Stationäre Umströmungen 419 Instationäre Umströmungen 426 Stationäre Innenströmungen 432 Instationäre Innenströmungen 437 5.2 Anwendungsbeispiele 442 Ausgewählte Literatur 473 Sachwortverzeichnis 477 Mit Strömungen aus Natur und Technik beginnt das Buch und führt anschaulich und motivierend in das Fachgebiet ein. Dieses Lehrbuch behandelt neben den Grundlagen systematisch die Einführung strömungsmechanischer Software, die der Entwicklungsingenieur in der Industrie vorfindet. Der Naturwissenschaftler findet die strömungsphysikalischen Grundlagen, deren Kenntnisse insbesondere für die Meteorologie und Geophysik erforderlich sind. In der aktuellen Auflage wurden die Kapitel der numerischen Strömungsmechanik überarbeitet und das Software-Kapitel aktualisiert und ergänzt. Der Inhalt - Grundlagen - Grundgleichungen der Strömungsmechanik - Analytische und numerische Lösungsmethoden - Strömungsmechanik Software Die Zielgruppe Studierende der Fachrichtungen Maschinenbau, Chemieingenieurwesen, Verfahrenstechnik, Physik und Technomathematik an Universitäten, Technischen Hochschulen und Fachhochschulen Die Autoren o. Prof. Prof. e.h. Dr.-Ing.habil. Herbert Oertel jr. ist Ordinarius am Institut für Strömungsmechanik des Karlsruher Instituts für Technologie. Prof. Dr.-Ing. Martin Böhle ist Universitätsprofessor an der Technischen Universität Kaiserslautern. Dr.-Ing. Thomas Reviol ist Akademischer Rat an der Technischen Universität Kaiserslautern. Front Matter....Pages I-XI Einführung....Pages 1-47 Grundlagen der Strömungsmechanik....Pages 48-205 Grundgleichungen der Strömungsmechanik....Pages 206-295 Numerische Lösungsmethoden....Pages 296-405 Strömungsmechanik Software....Pages 406-461 Back Matter....Pages 463-475 Das Lehrbuch Stroemungsmechanik fuhrt anschaulich in die Grundlagen, Grundgleichungen und Loesungsmethoden der Stroemungsmechanik ein und hat sich zu einem Standardwerk in der Stroemungsmechanikausbildung entwickelt.