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Schlupfbedingungen

Schlupfbedingungen bezeichnen in der Strömungsmechanik Grenzbedingungen, die an einer Wand einen nicht-null Tangentialfluss der Flüssigkeit zulassen. Im Gegensatz zur klassischen No-Slip-Bedingung, die am Wandrand eine null Tangentialgeschwindigkeit annimmt, beschreiben Schlupfbedingungen partialen oder vollständigen Schlupf zwischen Fluid und Oberfläche. Sie spielen eine wichtige Rolle bei Mikrosystemen, Gasströmungen in engen Zwischenräumen und auf speziellen Oberflächen, etwa glatten oder hydrophob behandelten.

Der am häufigsten verwendete formale Ausdruck ist die Navier-Schlupfbedingung: Die Tangentialgeschwindigkeit u_t an der Wand erfüllt

Für Grenzflächen zwischen freier Strömung und porösem Medium kommt oft die Beavers–Joseph-Bedingung zum Einsatz, die den

Anwendungen finden sich vor allem in der Mikro- und Nanofluidik, bei Strömungen über hydrophobe oder raue Oberflächen,

u_t|_w
=
l_s
(∂u_t/∂n)|_w,
wobei
l_s
die
Schlupflänge,
∂u_t/∂n
der
Normalabstieg
der
Tangentialgeschwindigkeit
und
n
die
Wandnormalrichtung
ist.
Null
Schlupf
(l_s
=
0)
entspricht
der
klassischen
No-Slip-Bedingung.
Größere
Werte
von
l_s
bedeuten
stärkeren
Schlupf.
Tangentialfluss
über
die
Grenze
hinweg
durch
die
Eigenschaften
des
porösen
Mediums
koppelt.
Weitere
Schlupfmodelle
berücksichtigen
Oberflächenrauheit,
Chemie,
Temperatur
und
Gasphasencharakter.
in
der
Simulation
von
Gashaftungen
sowie
in
der
Grenzschichtmodellierung
in
komplexen
Geometrien.
Die
Schlupflänge
l_s
wird
experimentell
oder
durch
Molekulardynamik-Simulationen
bestimmt
und
in
numerischen
Berechnungen
als
Parameter
eingesetzt.