In der Physik hat die Fluidströmung alle möglichen Aspekte – stetig oder instabil, komprimierbar oder inkompressibel, viskos oder nicht viskos und rotatorisch oder irrotational, um nur einige zu nennen. Einige dieser Eigenschaften spiegeln die Eigenschaften der Flüssigkeit selbst wider, andere konzentrieren sich darauf, wie sich die Flüssigkeit bewegt.
Beachten Sie, dass die Flüssigkeitsströmung sehr komplex werden kann, wenn sie turbulent wird. Physiker haben keine eleganten Gleichungen entwickelt, um Turbulenzen zu beschreiben, da die Funktionsweise von Turbulenzen vom einzelnen System abhängt – ob Wasser durch ein Rohr kaskadiert oder Luft aus einem Strahltriebwerk strömt. Normalerweise müssen Sie auf Computer zurückgreifen, um Probleme mit Flüssigkeitsturbulenzen zu lösen.
Flüssigkeit ebenheit: Stetige oder instationäre fluss
Flüssigkeit fluss kann stabil oder instationäre, abhängig von der flüssigkeit der geschwindigkeit:
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Ruhig. Bei einem stetigen Flüssigkeitsstrom ist die Geschwindigkeit des Fluids an jedem Punkt konstant.
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Unsicher. Wenn die Strömung instabil ist, kann sich die Geschwindigkeit der Flüssigkeit zwischen zwei beliebigen Punkten unterscheiden.
Angenommen, Sie sitzen an einem Bach und stellen fest, dass der Wasserfluss nicht gleichmäßig ist: Sie sehen Wirbel und Rückspülung und alle Arten von Wirbel. Stellen Sie sich Geschwindigkeitsvektoren für hundert Punkte im Wasser vor, und Sie erhalten ein gutes Bild der instationären Strömung — die Geschwindigkeitsvektoren können über die gesamte Karte zeigen, obwohl die Geschwindigkeitsvektoren im Allgemeinen dem durchschnittlichen Gesamtfluss des Stroms folgen.
Flüssige Quetschbarkeit: Kompressibler oder inkompressibler Fluss
Der Fluidfluss kann kompressibel oder inkompressibel sein, je nachdem, ob Sie das Fluid leicht komprimieren können. Flüssigkeiten sind normalerweise fast unmöglich zu komprimieren, während Gase (auch als Flüssigkeit betrachtet) sehr komprimierbar sind.
Ein Hydrauliksystem funktioniert nur, weil Flüssigkeiten inkompressibel sind — das heißt, wenn Sie den Druck an einer Stelle im Hydrauliksystem erhöhen, steigt der Druck überall im gesamten System an. Gase hingegen sind sehr komprimierbar — selbst wenn Ihr Fahrradreifen bis an seine Grenzen gedehnt ist, können Sie immer noch mehr Luft hineinpumpen, indem Sie den Kolben nach unten drücken und zusammendrücken.
Flüssigkeit dicke: Viskose oder nicht-viskose fluss
Flüssigkeit fluss kann viskose oder nicht-viskose. Die Viskosität ist ein Maß für die Dicke einer Flüssigkeit, und sehr klebrige Flüssigkeiten wie Motoröl oder Shampoo werden als viskose Flüssigkeiten bezeichnet.
Viskosität ist eigentlich ein Maß für die Reibung in der Flüssigkeit. Wenn ein Fluid fließt, reiben die Fluidschichten aneinander, und in sehr viskosen Fluiden ist die Reibung so groß, dass die Strömungsschichten aneinander ziehen und diesen Fluss behindern.
Die Viskosität variiert normalerweise mit der Temperatur, denn wenn sich die Moleküle einer Flüssigkeit schneller bewegen (wenn die Flüssigkeit wärmer ist), können die Moleküle leichter übereinander gleiten. Wenn Sie zum Beispiel Pfannkuchensirup einschenken, stellen Sie möglicherweise fest, dass er in der Flasche sehr dick ist, aber der Sirup wird ziemlich flüssig, wenn er sich über die warmen Pfannkuchen ausbreitet und sich erwärmt.
Flüssiges Spinnen: Rotations- oder Irrotationsströmung
Fluidströmung kann Rotations- oder Irrotationsströmung sein. Wenn Sie beim Fahren in einer geschlossenen Schleife alle Komponenten der Flüssigkeitsgeschwindigkeitsvektoren entlang Ihres Pfades addieren und das Endergebnis nicht Null ist, ist die Strömung rotatorisch.
Um zu testen, ob eine Strömung eine Rotationskomponente hat, können Sie ein kleines Objekt in die Strömung legen und die Strömung es tragen lassen. Wenn sich das kleine Objekt dreht, ist die Strömung rotierend; Wenn sich das Objekt nicht dreht, ist die Strömung irrotational.
Schauen Sie sich zum Beispiel das Wasser an, das in einem Bach fließt. Es wirbelt um Steine und kräuselt sich um Hindernisse. An solchen Stellen hat der Wasserstrom eine Rotationskomponente.
Einige Strömungen, von denen Sie vielleicht denken, dass sie rotierend sind, sind tatsächlich irrotational. Zum Beispiel, weg von der Mitte, ist ein Wirbel eigentlich eine irrotationale Strömung! Sie können dies sehen, wenn Sie das Wasser aus Ihrer Badewanne betrachten. Wenn Sie ein kleines schwebendes Objekt in den Fluss legen, geht es um das Stopfenloch herum, dreht sich aber nicht um sich selbst; Daher ist der Fluss irrotational.
Andererseits können Strömungen, die keine scheinbare Rotation haben, tatsächlich rotierend sein. Nehmen wir zum Beispiel einen Scherfluss. Bei einer Scherströmung bewegt sich das gesamte Fluid in die gleiche Richtung, aber das Fluid bewegt sich auf einer Seite schneller. Angenommen, die Flüssigkeit bewegt sich links schneller als rechts. Die Flüssigkeit bewegt sich überhaupt nicht in einem Kreis, aber wenn Sie ein kleines schwebendes Objekt in diesen Fluss legen, ist der Fluss auf der linken Seite des Objekts etwas schneller, sodass sich das Objekt zu drehen beginnt. Die Strömung ist rotatorisch.