Fließvorgang

Fließvorgang bezeichnet in der Physik und Technik die Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen durch Raum und Zeit. In der Kontinuumsmechanik wird das Medium als kontinuierlich beschrieben, sodass Größen wie Dichte, Druck, Geschwindigkeit und Viskosität als Felder interpretiert werden, die den Transport von Masse, Impuls und Energie charakterisieren.

Man unterscheidet laminare Strömung (glatte, geordnete Schichten) von turbulenter Strömung (unruhige, vermischende Strömungen). Die Grenze wird durch die Reynolds-Zahl bestimmt, Re = ρvl/μ; höhere Werte fördern Turbulenz. Transitional flows liegen dazwischen. Für Flüssigkeiten werden üblicherweise inkompressible Modelle benutzt, bei Gasen können Kompressibilität und Dichteänderungen wichtig sein.

Die grundlegenden Gleichungen sind die Kontinuitätsgleichung ∂ρ/∂t + ∇·(ρv) = 0 und die Impulsbilanz, aus der die Navier-Stokes-Gleichung entsteht: ρ(Dv/Dt) = -∇p + μ∇^2v + f. Für inkompressible Strömungen vereinfacht sich ∇·v = 0. Randbedingungen bestimmen das Strömungsverhalten an Wänden, in Kanälen oder Behältern, sowie bei Ein- und Auslässen.

Wichtige Größen sind Druck p, Geschwindigkeit v, Dichte ρ, Viskosität μ sowie die Reynolds-Zahl Re; zentrale Konzepte sind Schubspannung, Grenzschicht und Turbulenzmodellierung. Typische Fließvorgänge umfassen Poiseuille-Röhrenfluss und Couette-Strömung.

Anwendungen finden sich in Rohr- und Kanalströmungen, Luftfahrt, Umwelttechnik, Energie- und Chemieindustrie sowie Biomechanik und Meteorologie. Messungen erfolgen mit Pitot-Rohr, Laser-Doppler-Entfernungsmessung oder Particle-Image-Velocimetry; numerische Simulationen nutzen Finite-Volumen- oder Finite-Element-Methoden, Direct Numerical Simulation (DNS) oder Turbulenzmodelle wie k-ε bzw. k-ω.