Luftströmung

Luftströmung ist die Bewegung von Luft als Fluid. Sie lässt sich durch ein Geschwindigkeitsfeld u(x,t) und eine Dichte ρ beschreiben. Je nach Bedingungen kann sie inkompressibel oder kompressibel, stationär oder zeitlich veränderlich, laminar oder turbulent sein. Luftströmungen treten in natürlichen Phänomenen der Atmosphäre ebenso auf wie in technischen Systemen wie Lüftungs- und Antriebssystemen.

Die fundamentalen Gesetze der Luftströmung sind die Kontinuitätsgleichung und die Impuls- bzw. Navier–Stokes-Gleichungen. Sie besagen, dass Luft durch Druckunterschiede, Viskosität und äußere Kräfte beschleunigt wird. Unter bestimmten Vereinfachungen gilt das Bernoulli-Prinzip: entlang einer Stromlinie bleibt der statische Druck bei gleichbleibender Höhe konstant; in idealisierter, inkompressibler Strömung lässt sich dies anwenden. In realen Situationen führt Viskosität zu Grenzschichten und Wandreibung.

Wesentliche Dimensionen sind die Reynolds-Zahl Re = ρ U L / μ, die das Verhältnis von Trägheit zu Viskosität beschreibt; hohe Re-Werte begünstigen Turbulenz. Die Mach-Zahl M = U / c kennzeichnet die Bedeutung der Kompressibilität. Bei hohen Geschwindigkeiten können kompressible Effekte und Schockwellen auftreten.

Anwendungsbereiche und Beispiele: In der Meteorologie bestimmen Drucksysteme, Corioliskraft und Gegebenheiten die großen Luftströme wie Westwindzirkulation, Jetstreams oder Monsunströme. In Gebäuden und Fahrzeugen steuern Luftströmungen Belüftung, Wärmeübertragung und Aerodynamik. Technisch bedeutsam sind Aerodynamik von Flugzeugen, Strömungsmaschinen wie Turbinen, sowie HVAC-Systeme.

Messung und Modellierung: Luftströmungen werden mit Anemometern, Pitot-Röhren, Laser-Doppler-Anemometrie oder Computational Fluid Dynamics (CFD) untersucht. Modelle reichen von einfachen Analysen bis zu vollständigen Navier–Stokes-Simulationen.