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Gasdynamik

Aerodynamik Strömungsmechanik, Teilgebiet der Strömungslehre, das die Bewegungsgesetze strömender Fluide bzw. Gase, in denen wegen ihrer Kompressibilität Dichteänderungen auftreten, behandelt. Als Spezialfall umfasst die Gasdynamik auch die Hydrodynamik der inkompressiblen Flüssigkeiten. Erhebliche Dichteänderungen ergeben sich hauptsächlich beim Strömen von Gasen und Dämpfen unter grossen Druckunterschieden. Dafür lassen sich im wesentlichen folgende Ursachen anführen:

1) Grosse Höhenerstreckungen von sich im Schwerefeld der Erde befindenden Gasmassen, was besonders für Strömungserscheinungen in der freien Atmosphäre zutrifft (atmosphärische Dynamik).

2) Grosse Strömungsgeschwindigkeiten in der Grössenordnung der Schallgeschwindigkeit. Sie treten auf, wenn sich im Gas Körper mit einer sehr hohen Geschwindigkeit bewegen oder wenn zwischen zwei Stellen des Strömungsfeldes ein Druckunterschied besteht, der mit der Grösse des absoluten Druckes vergleichbar ist. Diese Fälle liegen in Turbomaschinen und bei der Bewegung von Geschossen, Raketen und schnellen Flugzeugen vor.

3) Grosse Beschleunigungen, die in ruhenden oder strömenden Gasmassen auftreten, wenn Wandteile oder Körper plötzliche Bewegungen ausführen. Beispiele sind die Ausbreitungsvorgänge bei Schwingungen und Explosionen sowie die Strömungserscheinungen beim schnellen Öffnen und Schliessen von Ventilen und Schiebern (Vakuum-Leitungen, Strömung durch).

4) Grosse Temperaturunterschiede: Wenn die Dichteänderung klein ist, kann die Gasströmung näherungsweise mit den Beziehungen der Hydrodynamik berechnet werden. Für Luftströmungen unter Normalbedingungen ist dies bis zu Strömungsgeschwindigkeiten von etwa 75 m / s bzw. von einer Mach-Zahl Ma < 0,2 zulässig.

Zur Berechnung kompressibler Strömungen sind neben den Eulerschen Gleichungen und der Kontinuitätsgleichung zusätzlich noch der erste und zweite Hauptsatz der Thermodynamik und die Zustandsgleichung der idealen Gase zu berücksichtigen.

Verdichtungsstösse führen in Strömungen häufig zur Grenzschichtablösung. In instationären Strömungen kommt es zur Ausbreitung, Reflexion und Überlagerung von Druckwellen.

Die Gasdynamik findet praktische Anwendung bei Turbomaschinen, Strahlantrieben, schnell fliegenden Flugzeugen und Raketen, in der Ballistik, in Verbrennungsmotoren (besonders zur Bestimmung der Gasschwingungen in Ansaug- und Auspuffleitungen), zur Untersuchung und Verbesserung des Lärmverhaltens von Ventilen, in Strahlapparaten, bei Explosionen und Detonationen.

 

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