Strömungsannahmen

Strömungsannahmen sind theoretische Vorannahmen in der Fluiddynamik, die festlegen, welche physikalischen Effekte in der Beschreibung einer Strömung berücksichtigt oder vernachlässigt werden. Durch gezielte Vereinfachungen lassen sich Gleichungssysteme ableiten, die analytisch lösbar oder numerisch berechenbar sind. Sie bilden die Grundlage vieler Modelle in Technik, Naturwissenschaft und Umweltforschung.

Zu den häufigsten Grundannahmen gehören der Kontinuum-Ansatz (Flüssigkeit wird als kontinuierliches Medium behandelt; Felder wie Dichte ρ und Geschwindigkeit u sind definiert), die Inkompressibilität oder Kompressibilität (ρ konstant bei vielen Anwendungen vs. ρ-Varianz bei Druck- und Temperaturänderungen), die Newtonsche oder Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten, sowie die Frage nach Viskosität (inviscid/reibungsfrei vs. real viskos). Weiter unterscheiden sich zeitliche Abhängigkeit (stetig vs. unstetig), Rotation (wirbelarm vs. rotierend) und Strömungsart (laminar vs. turbulente Strömung). Thermische Annahmen (isotherm vs. adiabatisch) setzen je nach Problem weitere Vereinfachungen.

Aus diesen Annahmen ergeben sich unterschiedliche Gleichungssysteme. Allgemein gilt die Kontinuitätsgleichung zusammen mit Impuls- bzw. Navier–Stokes-Gleichungen. Wird Viskosität vernachlässigt, erhält man die Euler-Gleichungen; bei zusätzlichen Vereinfachungen führt Bernoulli entlang von Stromlinien. Der irrelationalen/ wirbelarmen Fluss lässt sich als Potenzialströmung formulieren und führt zur Lösung der Laplace-Gleichung.

Anwendungsbeispiele reichen von potenzieller Strömung um Tragflächen über reibungsarme Rohrströmungen bis zu turbulenzgeprägten Systemen, für die Turbulenzmodelle eingesetzt werden. Wichtig ist, dass jede Annahme den Gültigkeitsbereich des Modells definiert; bei Abweichungen von Messdaten sind Anpassungen oder komplexere Modelle erforderlich.