Flussdynamik

Flussdynamik ist ein Teilgebiet der Kontinuumsmechanik, das das Verhalten von Flüssigkeiten und Gasen in Bewegung beschreibt. Sie verbindet Grundprinzipien der Massenerhaltung, der Impulserhaltung und der Energieerhaltung mit den Eigenschaften eines Fluids wie Dichte, Viskosität und Temperatur, um Strömungen zu modellieren.

Die Bewegung von Fluiden wird durch die Navier–Stokes-Gleichungen beschrieben, ergänzt durch die Kontinuitätsgleichung und gegebenenfalls die Energiegleichung. Für inkompressible Newtonsche Fluide vereinfacht sich die Form der Gleichungen. Nichtlineare Advektion und Druckgradienten führen oft zu komplexen Phänomenen wie Turbulenz; die Theorie verwendet auch Approximationen wie Potentialströmung oder Grenzschichttheorien.

Zentrale Größen in der Flussdynamik sind dimensionslose Kennzahlen wie die Reynoldszahl, die das Verhältnis von Trägheits- zu Viskositätseffekten beschreibt, sowie Mach- und Froudezahlen, die compressible bzw. gravitationsbedingte Effekte quantifizieren. Die Unterscheidung zwischen laminaren und turbulenten Strömungen, Grenzschichtdynamik und Strömungsabtrennung beeinflusst das Design vieler technischer Systeme.

Methoden der Flussdynamik umfassen analytische Ansätze (z. B. Potentialströmung, Grenzschichttheorie), numerische Verfahren (Computational Fluid Dynamics, CFD) und experimentelle Techniken (Particle Image Velocimetry, Laser-Doppler-Velocimetry). Skalierung, Reproduzierbarkeit und Ähnlichkeitstheorien spielen eine wichtige Rolle bei der Übertragung von Labor- zu Praxisannahmen.

Anwendungen finden sich im Ingenieurwesen (Luftfahrt, Schiffs- und Prozesstechnik), in Rohrleitungssystemen und HVAC-Systemen, in der Mikrofluidik und Biomedizin (Blutfluss), sowie in der Geophysik bei Ozean- und Atmosphärenströmungen. Die Flussdynamik liefert Grundlagen für Design, Simulation und Verständnis komplexer Strömungen.