{"id":16385,"date":"2024-04-18T09:16:50","date_gmt":"2024-04-18T07:16:50","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/?post_type=glossar&p=16385"},"modified":"2024-04-18T09:16:50","modified_gmt":"2024-04-18T07:16:50","slug":"stroemungsmechanik","status":"publish","type":"glossar","link":"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/glossar\/stroemungsmechanik\/","title":{"rendered":"Str\u00f6mungsmechanik"},"content":{"rendered":"\n
Die Str\u00f6mungsmechanik<\/strong> ist ein Bereich der Physik und Ingenieurwissenschaften, der sich mit dem Verhalten von Fluiden (Fl\u00fcssigkeiten und Gasen) befasst, wenn sie sich bewegen oder ruhen. Sie untersucht die grundlegenden Prinzipien, die die Str\u00f6mung von Fluiden in verschiedenen Umgebungen und unter verschiedenen Bedingungen beeinflussen. Die Str\u00f6mungsmechanik spielt eine wichtige Rolle in vielen Bereichen, darunter Ingenieurwissenschaften, Umweltwissenschaften, Luft- und Raumfahrt, Medizin, Energieerzeugung und mehr.<\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n Die Str\u00f6mungsmechanik besch\u00e4ftigt sich mit verschiedenen Aspekten der Fluidbewegung, darunter:<\/p>\n\n\n\n Stromlinien und Str\u00f6mungsmuster<\/strong>: Sie analysiert die Str\u00f6mungsmuster von Fluiden, wie z.B. laminare und turbulente Str\u00f6mungen, Wirbelbildung und -interaktionen sowie andere komplexe Muster.<\/p>\n\n\n\n Druck- und Geschwindigkeitsverteilung<\/strong>: Sie untersucht, wie Druck und Geschwindigkeit in einem Fluid variieren und wie diese Eigenschaften von Geometrie, Geschwindigkeit und anderen Faktoren beeinflusst werden.<\/p>\n\n\n\n Widerstand und Auftrieb<\/strong>: Die Str\u00f6mungsmechanik erkl\u00e4rt die Kr\u00e4fte, die auf K\u00f6rper wirken, wenn sie sich durch ein Fluid bewegen. Der Widerstand ist die Kraft, die die Bewegung verlangsamt, w\u00e4hrend der Auftrieb die aufw\u00e4rts gerichtete Kraft ist, die einen K\u00f6rper in einem Fluid tr\u00e4gt.<\/p>\n\n\n\n Str\u00f6mungsinstabilit\u00e4ten<\/strong>: Sie untersucht, wie und warum Fl\u00fcssigkeiten oder Gase instabil werden und sich in komplexen Mustern oder Turbulenzen bewegen k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n W\u00e4rme\u00fcbertragung<\/strong>: Die Str\u00f6mungsmechanik ber\u00fccksichtigt den Transport von W\u00e4rme in einem Fluid, sei es durch Konvektion oder andere Mechanismen.<\/p>\n\n\n\n Mehrphasenstr\u00f6mungen<\/strong>: Sie betrachtet die Bewegung von verschiedenen Phasen (Feststoffe, Fl\u00fcssigkeiten, Gase) innerhalb eines Systems, wie es z.B. in sch\u00e4umenden Fl\u00fcssigkeiten oder in Sprays auftritt.<\/p>\n\n\n\n Die Str\u00f6mungsmechanik kann analytisch, experimentell oder numerisch (durch Simulationen) untersucht werden. Mathematische Gleichungen wie die Navier-Stokes-Gleichungen bilden die Grundlage f\u00fcr die theoretische Analyse von Str\u00f6mungsph\u00e4nomenen. Experimentelle Methoden verwenden Laborausr\u00fcstung, um reale Str\u00f6mungsph\u00e4nomene zu untersuchen. Numerische Methoden, wie die numerische Str\u00f6mungssimulation (CFD), nutzen Computermodelle, um das Verhalten von Fluiden in verschiedenen Umgebungen virtuell zu simulieren.<\/p>\n\n\n\n Die numerische Str\u00f6mungsmechanik (englisch: Computational Fluid Dynamics, CFD) ist ein Zweig der Str\u00f6mungsmechanik, der sich mit der Anwendung von numerischen Methoden und Computersimulationen besch\u00e4ftigt, um das Verhalten von Fluiden (Fl\u00fcssigkeiten und Gase) in verschiedenen Umgebungen zu analysieren und vorherzusagen. Die numerische Str\u00f6mungsmechanik nutzt mathematische Modelle und Computer-Algorithmen, um die Bewegung, Geschwindigkeit, Druckverteilung, Temperaturverteilung und andere Eigenschaften von Fluidstr\u00f6mungen zu simulieren.<\/p>\n\n\n\n Die numerische Str\u00f6mungsmechanik umfasst folgende Aspekte:<\/p>\n\n\n\n Diskretisierung der Gleichungen<\/strong>: Die grundlegenden Gleichungen der Str\u00f6mungsmechanik, wie die Navier-Stokes-Gleichungen, werden in diskrete Formen umgewandelt, um sie auf einem diskreten Gitter (Mesh) zu l\u00f6sen. Diese Gleichungen beschreiben den Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit, Druck und anderen Parametern in einem Fluid.<\/p>\n\n\n\n Numerische L\u00f6sung<\/strong>: Die diskretisierten Gleichungen werden auf dem Gitter unter Verwendung von numerischen Methoden wie der Finite-Volumen-Methode oder der Finite-Elemente-Methode gel\u00f6st. Diese Methoden approximieren die Differentialgleichungen durch algebraische Gleichungen, die auf einem Computer gel\u00f6st werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n Gittergenerierung<\/strong>: Die Erzeugung des numerischen Gitters ist ein wichtiger Schritt. Das Gitter teilt den Simulationsraum in kleine Kontrollvolumen oder Zellen auf, auf denen die Gleichungen gel\u00f6st werden. Die Qualit\u00e4t und Feinheit des Gitters beeinflussen die Genauigkeit der Simulation.<\/p>\n\n\n\n Randbedingungen<\/strong>: Die Bedingungen an den R\u00e4ndern des Gitters werden festgelegt, um das Verhalten der Str\u00f6mung zu beeinflussen. Dies k\u00f6nnen Eintrittsgeschwindigkeiten, Druckprofile oder andere Parameter sein.<\/p>\n\n\n\n Zeitschrittintegration<\/strong>: Wenn die Str\u00f6mung instation\u00e4r ist (\u00fcber die Zeit hinweg variiert), werden die Gleichungen in kleinen Zeitschritten gel\u00f6st, um die zeitliche Entwicklung der Str\u00f6mung zu verfolgen.<\/p>\n\n\n\n Postprocessing und Visualisierung<\/strong>: Die Ergebnisse der Simulation werden analysiert und visualisiert. Das k\u00f6nnen Geschwindigkeitsprofile, Druckverteilungen, Wirbelstrukturen und andere Parameter sein.<\/p>\n\n\n\n Die numerische Str\u00f6mungsmechanik wird in vielen Branchen eingesetzt, um Produkte zu optimieren, Designentscheidungen zu treffen, Effizienz zu verbessern, Sicherheit zu gew\u00e4hrleisten und mehr. Sie erm\u00f6glicht die Untersuchung komplexer Str\u00f6mungsph\u00e4nomene, die analytisch oder experimentell oft schwer zu erfassen w\u00e4ren.<\/p>\n\n\n\n CFD-Software bezeichnet eine spezielle Form von Computersoftware, die gezielt entwickelt wurde, um numerische Str\u00f6mungssimulationen (CFD-Simulationen) durchzuf\u00fchren. Diese Software erm\u00f6glicht Ingenieuren, Wissenschaftlern und Forschern die Analyse, Vorhersage und Visualisierung komplexer Str\u00f6mungsph\u00e4nomene in verschiedenen Anwendungsbereichen. Die CFD-Software stellt Instrumente zur Modellierung und Simulation von Fluidstr\u00f6mungen zur Verf\u00fcgung, indem sie numerische Methoden und Algorithmen einsetzt. Im Folgenden finden Sie einige der Merkmale und Eigenschaften von CFD-Software:<\/p>\n\n\n\n Geometriemodellierung<\/strong>: CFD-Software gestattet die Erstellung und Anpassung von geometrischen Modellen von Komponenten, Systemen oder Umgebungen, in denen Str\u00f6mung auftritt. Diese Modelle dienen als Grundlage f\u00fcr die Simulation.<\/p>\n\n\n\n Netzgenerierung (Gittergenerierung)<\/strong>: Die Software erzeugt entweder automatisch oder manuell ein numerisches Gitter (Mesh), das den Simulationsraum in kleine Kontrollvolumen oder Zellen aufteilt. Die Qualit\u00e4t und Dichte des Gitters beeinflussen die Genauigkeit der Simulationsergebnisse.<\/p>\n\n\n\n Solver<\/strong>: In der Software sind Algorithmen enthalten, um die Navier-Stokes-Gleichungen und andere relevante Gleichungen der Str\u00f6mungsmechanik numerisch zu l\u00f6sen. Verschiedene L\u00f6sungsans\u00e4tze wie die Finite-Volumen-Methode oder die Finite-Elemente-Methode werden in den CFD-Solvern implementiert.<\/p>\n\n\n\n Randbedingungen<\/strong>: Benutzer k\u00f6nnen die Randbedingungen definieren, die die Str\u00f6mung beeinflussen, wie Eintrittsgeschwindigkeiten, Druckprofile und Temperaturprofile. Diese Randbedingungen werden in die Simulation integriert.<\/p>\n\n\n\n Postprocessing und Visualisierung<\/strong>: Die CFD-Software erm\u00f6glicht die Analyse und Visualisierung der Simulationsergebnisse. Hierzu geh\u00f6ren die Erstellung von Diagrammen, Plots, Animationen und farblichen Darstellungen von Str\u00f6mungsparametern.<\/p>\n\n\n\n Validierung und Vergleich mit experimentellen Daten<\/strong>: Einige CFD-Software bietet die M\u00f6glichkeit, die Simulationsergebnisse mit experimentellen Daten zu vergleichen, um die Genauigkeit der verwendeten Modelle zu \u00fcberpr\u00fcfen.<\/p>\n\n\n\n Breites Anwendungsspektrum<\/strong>: CFD-Software wird in verschiedenen Industriezweigen genutzt, darunter Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Energieerzeugung, Umweltwissenschaften, Medizin und mehr.<\/p>\n\n\n\n<\/figure>\n\n\n\n
Bestandteile der Str\u00f6mungsmechanik<\/h3>\n\n\n\n
Was ist numerische Str\u00f6mungsmechanik?<\/h2>\n\n\n\n
Bestandteile der numerischen Str\u00f6mungsmechanik<\/h3>\n\n\n\n
WAS IST CFD-SOFTWARE?<\/h2>\n\n\n\n