kontrollvolumen

Kontrollvolumen bezeichnet in der Strömungsmechanik und Thermodynamik ein definiertes, räumlich abgegrenztes Volumen, in dem die Erhaltungssätze für Masse, Impuls und Energie angewendet werden. Es dient dazu, Flussprozesse durch eine Grenzfläche zu analysieren, während Materie und Energie das Gebiet durch- oder hineinströmen können.

Im Gegensatz zu einem System, das eine fest definierte Menge von Stoff beschreibt, ist das Kontrollvolumen ein festgelegter oder beweglicher Raumbereich, dessen Grenzfläche S die Zufuhr und Abfuhr von Größen durch den Rand erfasst. Die Veränderung einer Größe im CV ergibt sich aus dem zeitlichen Änderungsinhalt innerhalb des Volumens plus der Nettozufuhr durch die Oberfläche.

Zentrale formale Verbindung ist das Reynolds-Transport-Theorem, das die zeitliche Änderungsrate einer Größe im CV mit der entsprechenden Änderungsrate im System verknüpft. Es erläutert, wie man aus dem System-Denken in einen CV-Denkrahmen überführt, indem man Volumen- und Flussbeiträge berücksichtigt.

Typen von Kontrollvolumen umfassen feststehende CVs (stationäres Volumen im Raum) und bewegte CVs, die sich mit einem Fluid bewegen oder in der Regel in festen oder veränderlichen Grenzen liegen. Grenzflächen können stationär oder zeitlich veränderlich sein und definieren die Strömung, Wärme- und Stoffflüsse.

Anwendungen finden sich in der Analyse von Rohrströmungen, Wärmeübertragung, Reaktortechnik, Umwelt- und Luftfahrttechnik sowie in der allgemeinen Fluiddynamik und Energetik. Die Methode erleichtert die Behandlung offener Systeme, in denen Massenfluss, Impulsübertragung und Energieaustausch berücksichtigt werden müssen.