strömungsgeschwindigkeiten

Strömungsgeschwindigkeit bezeichnet die Geschwindigkeit eines Fluidelements innerhalb einer Strömung. Sie ist ein Orts- und Zeitvektor, der in der Fluidmechanik üblicherweise als das Strömungsvektorfeld v(x,t) beschrieben wird. Der Betrag |v| gibt die lokale Strömgeschwindigkeit an, die Richtung folgt der Strömungsrichtung. In vielen praktischen Anwendungen spielt auch die mittlere Geschwindigkeit eine Rolle: Die mittlere Querschnittsgeschwindigkeit v̄ ist die Geschwindigkeit, die sich über das Querschnittsgebiet A ergibt, mit der Durchflussrate Q zusammenhängt durch Q = v̄ A. Allgemein lässt sich der Durchfluss durch das Integral Q = ∫A v · dA ausdrücken; bei einem gleichmäßigeren Profil vereinfacht sich dies zu Q = v̄ A.

Die Strömungsgeschwindigkeit hängt stark vom Anwendungsfall ab. In Rohrströmungen unterscheidet man oft zwischen laminarer Strömung, bei der sich ein deutliches, tügeliges Geschwindigkeitsprofil bildet, und turbulenter Strömung, die zu einem flacheren Profil führt. Typische Beispiele für bekannte Profile sind das parabolische Profil bei laminarer Poiseuille-Strömung und das flachere Profil bei Turbulenz. In der Praxis werden außerdem Maximalgeschwindigkeit und mittlere Geschwindigkeit unterschieden, wobei das Verhältnis zwischen ihnen vom Profil abhängt.

Messungen der Strömungsgeschwindigkeit erfolgen mit Methoden wie Pitot-Rohr, Hot-Wire- oder Hot-Film-Anemometern, Ultraschall-Doppler-Verfahren oder Laser-Verfahren (PIV). In der Aerodynamik und Meteorologie beeinflusst die Strömungsgeschwindigkeit auch dimensionslose Größen wie die Machzahl M = v/c, wobei c die Schallgeschwindigkeit ist, sowie die Reynolds-Zahl Re = ρ v L / μ, die den Strömungsverlauf charakterisiert.

Die Strömungsgeschwindigkeit ist zentral für Hydraulik, Luft- und Strömungsmechanik, Wärmeübertragung und viele technische Anwendungen.