Was ist externer Fluss – Definition

Externer Fluss

In der Fluiddynamik ist eine externe Strömung eine solche Strömung, in der sich Grenzschichten frei entwickeln, ohne dass benachbarte Oberflächen Einschränkungen auferlegen. Im Vergleich zur internen Strömung weisen Eintrittsströmungen und externe Strömungen hochviskose Effekte auf, die auf schnell wachsende „ Grenzschichten “ im Eingangsbereich oder auf dünne Scherschichten entlang der festen Oberfläche beschränkt sind. Dementsprechend wird es immer einen Bereich der Strömung außerhalb der Grenzschicht geben . In diesem Bereich ändern sich Geschwindigkeit, Temperatur und / oder Konzentration nicht und ihre Gradienten können vernachlässigt werden.

Dieser Effekt bewirkt, dass sich die Grenzschicht ausdehnt und die Grenzschichtdicke sich auf die Quadratwurzel der kinematischen Viskosität des Fluids bezieht.

Dies wird auf dem folgenden Bild gezeigt. Weit entfernt vom Körper ist der Fluss nahezu unsichtbar. Er kann als der Fluss einer Flüssigkeit um einen Körper definiert werden, der vollständig in ihn eingetaucht ist.

Flüssigkeitsfluss über eine flache Platte

Wenn ein Fluid über eine stationäre Oberfläche fließt , z. B. die flache Platte, das Flussbett oder die Wand eines Rohrs, wird das die Oberfläche berührende Fluid im Allgemeinen durch die Scherbeanspruchung an der Wand zur Ruhe gebracht . Der Bereich, in dem sich die Strömung von der Geschwindigkeit Null an der Wand bis zu einem Maximum im Hauptstrom der Strömung einstellt, wird als Grenzschicht bezeichnet . Das Konzept der Grenzschichten ist in der gesamten viskosen Fluiddynamik und auch in der Theorie der Wärmeübertragung von Bedeutung.

Grundlegende Eigenschaften aller laminaren und turbulenten Grenzschichten werden in der sich entwickelnden Strömung über eine flache Platte gezeigt. Die Stadien der Bildung der Grenzschicht sind in der folgenden Abbildung dargestellt:

Grenzschichten können je nach Wert der Reynolds-Zahl entweder laminar oder turbulent sein.

Siehe auch: Grenzschicht

Rohr im Querstrom

Der Querstrom von Rohren oder Zylindern zeigt viele Strömungsregime, die von der Reynolds-Zahl abhängen .

• Zu _D <5 . Bei Reynolds-Zahlen unter 1 tritt keine Trennung auf.
• 5 ≤ Re _D ≤ 45 . In diesem Reynolds-Zahlenbereich trennt sich die Strömung von der Rückseite des Rohrs und im nahen Nachlauf bildet sich ein symmetrisches Wirbelpaar .
• 40 ≤ Re _D ≤ 150 . In diesem Reynolds-Zahlenbereich wird der Nachlauf instabil und es wird ein V ortex-Shedding eingeleitet.
• 150 <Re _D <300 . In diesem Reynolds-Zahlenbereich ist der Strömungsübergang und wird allmählich turbulent, wenn die Reynolds-Zahl erhöht wird.
• 300 <Re _D <1,5 · 10 ⁵ . Diese Region wird als unterkritisch bezeichnet. Die laminare Grenzschicht trennt sich bei etwa 80 Grad stromabwärts des vorderen Stagnationspunkts und die Wirbelablösung ist stark und periodisch.
• 2 · 10 ⁵ <Re _D <3,5 · 10 ⁶ . Dreidimensionale Effekte stören den regulären Abwurfprozess und das Spektrum der Abwurffrequenzen wird erweitert. Mit einer weiteren Erhöhung von Re _D tritt der Fluss in das kritische Regime ein.
• Zu _D > 3,5 · 10 ⁶ . Dieses Regime wird als überkritisch bezeichnet. In diesem Regime wird eine regelmäßige Wirbelablösung mit einer turbulenten Grenzschicht auf der Rohroberfläche wiederhergestellt.