Proseminar zur Physik I/II

Strömungslehre, Wirbel - David Bernecker

Ziel des Vortrags ist es, eine kurze Einführung in das umfangreiche Gebiet der Strömungslehre und dabei insbesondere der physikalischen und mathematischen Beschreibung von Wirbeln zu geben.

Als Rahmen dient im Vortrag dazu das Phänomen der Karmannschen Wirbelstraß, bei der sich Wirbel von einem um strömten Objekt ablösen und eine Straß bilden. Die Wirbelstraß und ihr Entdecker werden zunächst allgemein vorgestellt und bieten eine Motivation sich mit den Unterschieden zwischen laminaren und turbulenten Strömungen und der Entstehung von Wirbeln zu beschäftigen.
Im Folgendem wird dann näher auf die, auf ein einzelnes Fluidteilchen wirkenden Kräfte eingegangen, und die Navier-Stokes-Gleichung als eine der wichtigsten Gleichungen der Strömungslehre eingeführt. Als nächstes Thema wird die Entstehung von Wirbeln hinter einem um strömten Zylinder behandelt, und der Begriff der Zirkulation, mit deren Hilfe man die Stärke eines Wirbels beschreiben kann, eingeführt.
Im Weiteren werden die Helmholtz'schen Erhaltungßätze für Wirbel hergeleitet, die die zeitliche Entwicklung von Wirbeln in einem idealen Fluid beschreiben.
Über die Einführung der ähnlichkeitszahlen, die in der Strömungslehre eine gute Möglichkeit darstellen, den Grad der Turbulenz einer Strömung zu beschreiben, führt der Weg zurück zu der Karmannschen Wirbelstraß.
Die Wirbelstraße kann nun durch die vorgestellten Formeln und Konzepte genauer betrachtet werden, was zu einer Beschreibung ihrer Entstehung und Auswirkungen führt.

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