Strömungsinduziert

Strömungsinduziert bezeichnet Phänomene in der Technik und Physik, die durch die Wechselwirkung von Fluidströmungen mit Strukturen oder Systemen verursacht werden. Es umfasst Kräfte, Instabilitäten und Schwingungen, die aus dem anliegenden Fluidfluss resultieren. Typische Anwendungsfelder liegen in der Aerodynamik, der Fluiddynamik von Rohrsystemen, der Wärmeübertragung und der Biomechanik.

Zu den typischen Mechanismen gehören Druck- und Schubkräfte, Grenzschichtwechselwirkungen, Vortex-Shedding und Druckfluss-Fluktuationen, die zu strömungsinduzierter Schwingung führen können. Erscheinungsformen umfassen aeroelastische Instabilitäten wie Flutter, sowie schwingungsbedingte Phänomene wie Galloping oder Buffeting. Der Verlauf hängt oft von der Reynolds-Zahl, der Geometrie der Struktur und dem Strömungsprofil ab; der Strouhal-Zahl charakterisiert die Frequenz der Wirbelabstrahlung.

Anwendungsbeispiele finden sich in Hochhäusern und Brücken regelmäßig mit Windbelastungen, in Rohr- und Wärmetauscher-Bündeln, sowie in Windkraftanlagen und Turbinendrücken. In der Biomechanik spielen strömungsinduzierte Kräfte in Arterien und Atemwegen eine Rolle. Die Bewertung erfolgt oft durch Kopplung von Strömungs- und Strukturmodellen, um potenzielle Resonanzen und Ermüdung zu erkennen.

Messung und Analyse erfolgen durch Windkanal- oder Wasserkanalversuche, insbesondere mit Verfahren wie Particle Image Velocimetry (PIV), Laser-Doppler-Velocimetry (LDV) oder Hot-Wire-Anemometrie. Numerische Ansätze nutzen Computational Fluid Dynamics (CFD) in Verbindung mit Finite-Elemente-Methoden (FEM) zur Kopplung von Strömung und Struktur; Reduced-Order-Modelle ermöglichen schnelle Abschätzungen der Schwingungsanfälligkeit. Zur Vermeidung strömungsinduzierter Phänomene werden Geometrieoptimierung, Dämpfung, Oberflächenführung und gezielte Strömungslenkung eingesetzt.