Bei der Übertragung von Strömungsphänomenen gehört eine Einschätzung des Form- und des Reibungswiderstands zu den ersten Vorüberlegungen. Die frühe Phase der Übertragung biologischer Phänomene in Technik stellt die Modellierung der Strömungssituation und die Erarbeitung der geometrischen Parameter dar. Neben Klärung des relevanten Strömungsmediums und seiner Kenngrößen (Dichte, Temperaturbereich, Transportkoeffizienten) sind Aussagen über das Strömungsfeld (Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung) von Belang um frühe Entscheidungsgrundlagen herzustellen, indem Parameterstudien qualitative Vorstellungen und erste quantitative Aussagen liefern, etwa Funktionen und (Wechsel-) Wirkungen. Die Kombination mehrerer Wirkprinzipien führen dann auf eine Funktions- und Wirkstruktur der Lösung.
Inhaltsverzeichnis
- Intro.
- Einfachste dreidimensionale Geometrien.
- Der Ellipsoid.
- ERpL-Körper (Elliptic Ridged per Lenght).
- Reynolds-Zahlen und Transportkoeffizienten.
- Der Strömungswiderstand von Volltauchern.
- Similaritätsbetrachtung.
- Form:
- Formwiderstand.
- Oberflächenwiderstand.
- Induzierter Widerstand.
- Kräfte, Energie.
- Beiwerte.
- Bibliographie und weiterführende Literatur.
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Arbeit befasst sich mit der Ermittlung des fluidmechanischen Reibungswiderstands auf der Basis einfachster Volumenmodelle. Dabei wird ein Schwerpunkt auf die Übertragung von in der belebten Natur beobachteten Phänomenen auf technische Anwendungen gelegt. Ziel ist es, die prinzipielle Lösung eines technischen Problems auf Basis eines biologischen Vorbilds zu erarbeiten und die geometrischen Parameter für eine erste Modellierung zu bestimmen.
- Bionische Übertragung von Strömungsphänomenen
- Modellierung von Strömungskörpern
- Ermittlung des Reibungswiderstands
- Similaritätsbetrachtung und Skalierung
- Anwendungen in der Technik
Zusammenfassung der Kapitel
- Intro.: Die Arbeit stellt die Bedeutung von fluidmechanischen Fragestellungen in den Naturwissenschaften und der Technik dar. Es wird hervorgehoben, dass die Übertragung von biologischen Phänomenen auf technische Anwendungen häufig aufgrund von komplexen Strömungsverhältnissen zu Schwierigkeiten führt. Die Notwendigkeit einer frühen Modellierung und Ähnlichkeitsbetrachtung wird betont.
- Einfachste dreidimensionale Geometrien: Die Bedeutung der Modellierung von Strömungssituationen und die Ermittlung geometrischer Parameter wird erläutert. Der Fokus liegt auf der Bestimmung des relevanten Strömungsmediums und seiner Kenngrößen sowie der Beschreibung des Strömungsfeldes. Die Kombination von Wirkprinzipien und die Entwicklung einer Wirkstruktur werden als wichtige Schritte in der Produktentwicklung dargestellt.
- Der Ellipsoid: Der Ellipsoid wird als idealer Universalkörper für die Modellierung von Strömungskörpern vorgestellt, da er eine große Vielfalt an Formen darstellen kann. Die Berechnung der Oberfläche eines Ellipsoiden wird als anspruchsvoll beschrieben und es wird eine Näherungsformel von Knud Thomsen vorgestellt.
- ERpL-Körper (Elliptic Ridged per Lenght): Die ERpL-Körper werden als einfach zu handhabende Modellgeometrien eingeführt, die für bionische Übertragungen, Messkanäle und Strömungssimulationen geeignet sind. Die Vorteile dieser Standardkörper liegen in der einfachen mathematischen Beschreibung und der Möglichkeit der Skalierung und Parametrisierung für unterschiedliche Anströmbedingungen.
- Reynolds-Zahlen und Transportkoeffizienten: Die Reynolds-Zahl wird als dimensionsloses Verhältnis von Trägheits- und Zähigkeitskräften im Fluidsystem definiert. Die Bedeutung der Transportkoeffizienten, wie kinematische und dynamische Viskosität, für die Beschreibung des energetischen Wechselwirkungsgeschehens wird erläutert. Die Reynolds-Zahl wird als wichtiges Kommunikationsmittel für den Konstrukteur von fluidischen Systemen dargestellt.
- Der Strömungswiderstand von Volltauchern: Der Gesamtwiderstand eines Volltauchers wird als Summe der Partialwiderstände, wie Formwiderstand, Oberflächenwiderstand und induzierter Widerstand, definiert. Die Charaktere der Partialwiderstände werden erläutert und die Bedeutung der Similaritätsbetrachtung für die qualitative Einschätzung des Einflusses von Geometrievariation und Transienz auf die Partialwiderstände wird hervorgehoben.
Schlüsselwörter
Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen den fluidmechanischen Reibungswiderstand, die Modellierung von Strömungskörpern, die Übertragung von biologischen Phänomenen auf technische Anwendungen, die Similaritätsbetrachtung, die Reynolds-Zahl, die Transportkoeffizienten, der Formwiderstand, der Oberflächenwiderstand und der induzierte Widerstand. Der Text beschäftigt sich mit der Ermittlung des Reibungswiderstands auf der Basis einfachster Volumenmodelle, insbesondere des Ellipsoiden und der ERpL-Körper, und untersucht die Anwendung dieser Modelle im Kontext der Bionik.
- Arbeit zitieren
- Dipl.-Ing. Michael Dienst (Autor:in), 2014, Die Ermittlung des fluidmechanischen Reibungswiderstands auf der Basis einfachster Volumenmodelle, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/267048
