Außenströmungen

Außenströmungen bezeichnet in der Strömungsmechanik den Teil des Strömungsfeldes, der sich außerhalb der Grenzschicht eines Körpers ausbreitet. Sie umfasst die komplette äußere Strömung um den Körper hinweg, einschließlich der weiträumigen Strömung und des entstehenden Wirbwassers. Im Gegensatz zur Grenzschicht ist die Außenströmung weniger stark gequantelt durch lokale Viskosität nah an der Oberfläche und wird oft durch vereinfachte Modelle beschrieben.

Gleichungen und Modelle: Die Bewegung der Außenströmung wird grundsätzlich durch die Navier-Stokes-Gleichungen beschrieben. In vielen Fällen wird sie in der invisciden Näherung (Euler-Gleichungen) oder im Rahmen der Potenzialströmung modelliert, insbesondere bei laminarer, inkompressibler Strömung um ideale Körperformen. Bei hohen Geschwindigkeiten muss die Kompressibilität beachtet werden. Eine der klassischen Resultate der Außenströmung in der Potenzialtheorie ist das Phänomen D'Alemberts Paradox, das durch die Berücksichtigung der Grenzschicht und Wake-Strömung aufgelöst wird, da die viskose Randbedingung am Körper eine reale Auftriebserzeugung ermöglicht.

Grenzflächenbezug und Folgen: An der Oberfläche eines Körpers gilt die Grenzbedingung der Nichtgleitfähigkeit innerhalb der Grenzschicht, während die Außenströmung selbst oft mit einer "slip"-Bedingung modelliert wird. Die Wechselwirkung zwischen Außenströmung und Grenzschicht bestimmt Phänomene wie Strömungsablösung, Wirbelbildung und Auftrieb. Die Außenströmung ist maßgeblich für aerodynamische, hydrodynamische und klimatische Anwendungen.

Anwendungen und Methoden: Analytische Verfahren nutzen häufig Potenzialströmung und Panel-Methoden für Luft- und Wasserfahrzeuge. Numerische Verfahren wie Computational Fluid Dynamics (CFD) simulieren die Außenströmung zusammen mit der Grenzschicht. Praktische Anwendungen finden sich in der Aerodynamik von Flugzeugen, der Fahrzeug- und Schiffstechnik sowie in Umwelt- und Wettermodellen, wo Strömungen um Hindernisse wie Inseln, Gebäude oder Küstenlinien untersucht werden.