Potentialflussannahmen

Potentialflussannahmen bezeichnen ein idealisiertes Modell der Fluiddynamik, das Strömungen als irrotational, viskositätsfrei (inviscid) und häufig inkompressibel beschreibt. Der Flusszustand wird durch ein Skalarpotential φ beschrieben, wobei die Geschwindigkeit v dem Gradienten von φ entspricht: v = ∇φ. Die Irrotationalität bedeutet, dass der Wirbelvektor ∇×v verschwindet.

Für inkompressible, irrotationale Strömungen folgt aus Kontinuität und Euler-Gleichungen die Laplace-Gleichung für das Potential: ∇^2φ = 0. Randbedingungen umfassen eine No-penetration-Bedingung auf festen Oberflächen (v·n = V·n; bei stationären Körpern v·n = 0) und im Unendlichen das Freiströmungsfeld (v → U∞). In vielen Anwendungen wird zusätzlich die Bernoulli-Gleichung genutzt, um aus dem Geschwindigkeitsfeld den Druck abzuleiten.

Potentialflussannahmen finden Anwendung in der externen Aerodynamik und Hydrodynamik, insbesondere zur Bestimmung von Druckverteilungen um Flügel, Körper oder Rumpfformen sowie zur Entwicklung analytischer oder semi- analytischer Lösungen (z. B. konforme Abbildung in 2D, Panel-Verfahren). Sie liefern qualitativ sinnvolle Ergebnisse für Strömungen ohne bedeutende viskose Effekte und eignen sich als Vorstufe oder Vergleichsbasis für komplexere Modelle.

Die Hauptbegrenzungen bestehen darin, viscose Effekte, Grenzschichtentwicklung, Trennung und Turbulenz nicht abzubilden. Drag-Berechnungen aus reinpotentialen Modellen sind daher oft unzureichend; zusätzliche Konzepte wie Zirkulation/Kutta-Bedingung oder viskose Modelle sind erforderlich. Ebenso gelten bei hohen Geschwindigkeiten Kompressibilitäts- und Wellenphänomene, die durch erweiterte oder andere Ansätze behandelt werden.