Massenstromrate

Massenstromrate, symbolisiert als ṁ, bezeichnet die massenbezogene Durchflussrate eines Fluids durch eine Grenzfläche oder einen Querschnitt. Sie gibt an, wie viel Masse pro Zeiteinheit durch den betrachteten Bereich strömt. Die SI-Einheit ist Kilogramm pro Sekunde (kg/s). In technischen Zusammenhängen wird ṁ oft als Produkt aus Dichte ρ und Volumenstrom V̇ ausgedrückt: ṁ = ρ V̇.

Für einen stationären, eindimensionalen Fluss durch einen Querschnitt mit Fläche A und mittlerer Geschwindigkeit v bei konstanter Dichte gilt ṁ = ρ A v. Allgemeiner lässt sich der Massenstrom durch das Flächenintegral ṁ = ∫_S ρ v · n dA ausdrücken, wobei n die Flächennormale angibt.

Im kompressiblen Fluss kann ρ variieren, sodass ṁ nicht allein aus lokalen Eigenschaften bestimmt ist. Der Zusammenhang mit dem Volumenstrom ist ṁ = ρ V̇; daher gilt V̇ = ṁ/ρ, wobei ρ je nach Druck und Temperatur variiert. Bei Gasen lässt sich ρ häufig über die Zustandsgleichung ρ = p/(R_specific T) bestimmen.

Die Erhaltung der Masse bildet eine zentrale Grundlage: Für ein Kontrollvolumen gilt, dass der Nettomassenfluss in Richtung des Volumens dem Ausgangsstrom entspricht, solange der Zustand stationär ist. Die Messung von Massenstrom erfolgt mit Massendurchflussmessern wie Coriolis-Meter (direkte Messung von ṁ), thermischen Messgeräten (Messung durch Wärmediffusion) oder Differenzdruckmessungen mit Kalibrierung.

Anwendungen finden sich in Verbrennung, chemischer Verfahrenstechnik, Wärmetauschern, Luft- und Raumfahrt sowie in der Gebäudetechnik (HVAC). Wichtige Einflussfaktoren sind Dichteveränderungen durch Temperatur, Druck und Phasenwechsel sowie Messgenauigkeit der eingesetzten Sensorik.