Leckströmungen

Leckströmungen bezeichnet in der Fluidmechanik kleinräumige, unbeabsichtigte Strömungen von Fluid durch Öffnungen, Spalte oder durchlässige Barrieren zwischen zwei Bereichen mit unterschiedlichem Druck. Solche Lecks treten in fast allen technischen Systemen auf und verursachen Energieverluste, Beeinträchtigungen der Funktion oder Sicherheitsrisiken. Leckströmungen hängen von Geometrie der Öffnung, Größe der Druckdifferenz, Viskosität und Dichte des Fluids sowie der Strömungsart ab; bei Flüssigkeiten können sie als turbulenter Durchfluss durch eine Öffnung oder als laminare Strömung durch enge Spalte beschrieben werden; Gase erfordern die Berücksichtigung der Kompressibilität, zudem können Choked Flows vorkommen, wenn das Druckverhältnis bestimmte Grenzwerte überschreitet.

Modelle: Für inkompressible Flüssigkeiten wird oft das Orifice-Modell verwendet: Q = Cd A sqrt(2 Δp / ρ), wobei Cd der Durchlasskoeffizient ist. Bei laminarem Durchfluss durch enge Kanäle gilt das Poiseuille-Gesetz, der Durchfluss ist proportional zu Δp. Für Gase müssen Isentropie- oder reale-Gas-Modelle genutzt werden; bei großem Δp kann der Durchfluss choken, also nicht mehr Δp-proportional verhalten sein.

Messung und Reduktion: Lecktests nutzen Druckprüfungen, Helium-Massenspektrometrie oder Blasenprüfungen. Um Leckströme zu begrenzen, verwendet man Dichtungen (O-Ringe, Faltdichtungen), korrekte Montage, Abdichtungen, Oberflächenbehandlung und passende Materialien.

Bedeutung: Leckströmungen beeinflussen Effizienz, Betriebskosten und Sicherheit; in sicherheitskritischen Systemen oder sensiblen Prozessen ist eine zuverlässige Vermessung und Minimierung wichtig.

Siehe auch: Leckage, Dichtungstechnik, Strömungslehre, Kompressible Strömung.