Strömung

Strömung bezeichnet die Bewegung eines Fluids relativ zu einem Beobachter. Flüssigkeiten und Gase können Strömungsvorgänge ausbilden. Wichtige Größen sind Geschwindigkeit, Druck, Dichte, Temperatur und Viskosität. Strömungen treten in natürlichen Systemen wie Wind, Meeresströmen oder Blutfluss auf und sind grundlegend für technische Anwendungen in Rohrleitungen, Lüftung, Aerodynamik von Fahrzeugen und im Umweltbereich.

Man unterscheidet laminar (glatte, geordnete) von turbulenter (chaotisch vermischter) Strömung. Außerdem gibt es stationäre Strömung (Eigenschaften ändern sich nicht mit der Zeit) und unstationäre Strömung; kompressible von inkompressiblen Strömungen. Die Reynolds-Zahl dient als Kennwert zur Einordnung des Fließverhaltens. Weitere Modelle berücksichtigen idealisierte oder reale Eigenschaften der Fluide.

Grundlagen der Strömung bilden Erhaltungsgleichungen. Die Kontinuitätsgleichung beschreibt die Erhaltung der Masse, während die Impulsbilanz durch die Navier-Stokes-Gleichungen gegeben ist. Unter bestimmten Annahmen kann die Bernoulli-Gleichung entlang einer Stromlinie Druck und Geschwindigkeit verbinden. In der Nähe von Oberflächen bildet sich eine Grenzschicht, in der Reibungskräfte maßgeblich sind.

Anwendungen und Modelle umfassen Rohrströmungen (Hagen-Poiseuille-Gesetz im laminar, Darcy-Weisbach für Reibungsverluste), Kanal- und Umströmungsprobleme in der Luftfahrt sowie Strömungen in Gewässern und der Atmosphäre. In der Biologie beschreibt Strömung den Blutfluss, in der Umwelttechnik die Verbreitung von Luft und Wasser.

Messung und Simulation erfolgen durch Messverfahren wie Anemometer, Laser-Doppler oder Particle-Image-Velocimetry (PIV). Numerische Strömungsmechanik (CFD) verwendet diskrete Lösungen der Navier-Stokes-Gleichungen, um Strömungsverläufe vorherzusagen.