Uniformströmung

Uniformströmung bezeichnet in der Fluidmechanik einen Stromungszustand, bei dem die Geschwindigkeit des Fluids in dem betrachteten Bereich unabhängig vom Ort ist; die Vektorfeldkomponenten U, V, W sind konstant. In der Praxis handelt es sich um eine ideale oder idealisierte Strömung, die als Referenzzustand oder Randbedingung verwendet wird. Allgemein wird der Begriff als Modell für eine gleichförmige Strömung in einem unbegrenzten oder weit von Hindernissen entfernten Bereich genutzt.

Mathematisch bedeutet Uniformströmung, dass der Geschwindigkeitsvektor u(x,t) = U0 ein konstanter Vektor ist. Für eine stationäre, inkompressible Strömung gilt dann ∂u/∂t = 0 und ∇·u = 0, was bei einer konstanten Geschwindigkeit automatisch erfüllt ist. In einer reibungsfreien (potentiellen) Strömung ergibt sich aus der Euler-Gleichung (u·∇)u = −∇p/ρ + g, wobei bei einer konstanten Geschwindigkeit der term (u·∇)u verschwindet. Damit folgt, dass der Druckgradient durch −∇p/ρ + g bestimmt wird. In horizontaler Richtung ohne äußere Kräfte ist der Druck konstant. Somit kann eine Uniformströmung sowohl eine ideale, druckgleichen, gleichmäßig gerichtete Strömung sein als auch eine asymptotische Randbedingung in Modellen.

Abgrenzungen: Uniformströmung ist eine strengere Idealisierung als z. B. vollständig entwickelte oder annähernd gleichmäßige Strömungen in Kanälen, bei denen nur eine oder wenige Richtungen variieren. Realistische Strömungen zeigen zumeist Gradienten in Ort oder Zeit aufgrund von Viskosität, Wänden oder Hindernissen. Trotzdem dient Uniformströmung als einfaches Referenzmodell in Analysen, Simulationen und als Randbedingung in numerischen Berechnungen.