Fluidmechanik (SG M)

Von Wind- und Wasserkraftwerken über Ur- und Umformprozesse in der Produktions- und Kunststofftechnik bis zur Klimatisierung von Gebäuden und Umströmung von Fahrzeugen – überall benötigen Fachleute des Maschinenbaus solide Kenntnisse der Fluiddynamik. In diesem Modul werden die Grundlagen dazu vermittelt.

• Grundbegriffe und Phänomene: Fluid (Definition, Kontinuum), turbulente und laminare / stationäre und instationäre / kompressible und inkompressible Strömung, Schubspannung und Viskosität.
• Fluidstatik: Grundgleichung, hydrostatische Kräfte auf Wände, Auftrieb und Schwimmen.
• Beschreibung der Fluidbewegung in integraler Form (Bilanzgleichungen): Massenbilanz, Impulsbilanz, Energiebilanz, Bernoulli, Drallbilanz, Entropiebilanz.
• Beschreibung der Fluidbewegung in differentieller Form: Substantielle Zeitableitung, Massenbilanz, Navier-Stokes-Gleichung.
• Ähnlichkeit und Dimensionsanalyse: Kennzahlen, Anwendungen auf Modellstudien.
• Inkompressible Innenströmungen: Rohreinläufe, laminare und turbulente Rohrströmungen, Bernoulli-Gleichung mit Verlusttermen, Verluste in Rohren und Leitungselementen, Pumpe in einer Rohrleitung.
• Inkompressible Aussenströmungen: Staupunkt, laminare und turbulente Grenzschichten, Ablösung, Ausblick.

• Die Studierenden kennen die grundlegenden Begriffe und Phänomene der Fluidmechanik; sie können eine gegebene Strömung aufgrund einer Schnellanalyse grob einordnen und beschreiben.
• Die Studierenden sind fähig, Bilanzgleichungen für extensive Grössen (Masse, Impuls, Energie, …) zur Lösung konkreter fluidstatischer und dynamischer Fragestellungen aufzustellen und zu lösen.
• Die Studierenden sind in der Lage, ein vorgegebenes Strömungsproblem mittels Dimensionsanalyse zu vereinfachen; sie sind in der Lage, Bedingungen für Modellversuche zu formulieren und Ergebnisse aus Modellversuchen auf Prototypen zu übertragen.
• Die Studierenden kennen die bei inkompressiblen Innenströmungen auftretenden Phänomene. Sie sind insbesondere imstande, zu erwartende Druckverluste in Rohrsystemen und Leitungen zu bestimmen.
• Die Studierenden kennen im Grundsatz die bei inkompressiblen Aussenströmungen sowie kompressiblen (inkl. transsonischen) Strömungen auftretenden Phänomene und verstehen es, in praktischen Anwendungsfällen die adäquaten Behandlungsmethoden zu wählen.

• Thermodynamik (thdM) - zwingend erforderlich
• Mechanik M (mechM)
• Differentialgleichungen M (dglM), paralleler Besuch
• Mehrdimensionale Analysis (man)