Laminarisierung

Laminarisierung bezeichnet den Prozess, bei dem turbulente Strömungen in laminare Strömungen überführt werden oder laminare Strömungszustände durch gezielte Gestaltung und Regelung aufrechterhalten werden. Laminare Strömung zeichnet sich durch glatte, parallel verlaufende Schichten aus, während turbulente Strömung durch chaotische Schwankungen und starke Durchmischung gekennzeichnet ist.

Der Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung hängt maßgeblich von der Reynolds-Zahl, der Geometrie und äußeren Störungen ab; es gibt keinen universellen Grenzwert. In vielen Rohren liegt der Übergang bei Reynolds-Zahlen im Bereich von einigen Tausend, doch glatte Oberflächen und günstige Druckgradienten können den Übergang verzögern oder verhindern.

Zur Laminarisierung werden passive und aktive Ansätze eingesetzt. Passive Maßnahmen umfassen glatte Oberflächen, geeignete Geometrien und druckgradientenfreundliche Designs sowie Maßnahmen zur Minimierung von Störgrößen in der Grenzschicht. Wandabsaugung oder kontrollierte Druckabnahme kann die Grenzschicht stabilisieren und das Entstehen von Turbulenz verhindern. Mikrotexturen und glatte Querschnitte tragen ebenfalls zur Stabilisierung bei. Aktivmaßnahmen umfassen Blasen- oder Saugsysteme, Plasmabeschleunigung und den gezielten Einsatz von Feldern bei leitenden Flüssigkeiten sowie regelbasierte Sensorik mit Feedback.

Anwendungen finden sich insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, wo ein längerer laminarer Randbereich den Hautwiderstand senkt, sowie in Rohr- und Prozessanlagen, um Druckverluste zu reduzieren. In der Mikrofluidik ermöglicht Laminarisierung vorhersehbare Strömungs- und Reaktionsverläufe. Herausforderungen sind die Anfälligkeit für Störungen, erhöhte Systemkomplexität und Kosten, sowie die Tatsache, dass nicht in allen Fällen eine vollständige Laminarisierung praktikabel oder wünschenswert ist.