Allgemeine Eigenschaften der Rohrströmung II

Wenn Flüssigkeit in ein Rohr eintritt, fließt sie zunächst durch einen Eintrittsbereich, in dem sich das Geschwindigkeitsprofil anpasst und eine Grenzschicht entlang der Wände bildet. Diese Grenzschicht wächst, bis sie das Rohr füllt, wodurch eine voll entwickelte Strömung mit einem gleichmäßigen Geschwindigkeitsprofil über den Querschnitt des Rohrs entsteht.

Die Entfernung, die erforderlich ist, um diesen voll entwickelten Zustand zu erreichen, die sogenannte Eintrittslänge, hängt von der Strömungsart und der Reynoldszahl ab. Die laminare Strömung erreicht diesen Zustand über eine kürzere Strecke, während die turbulente Strömung aufgrund von Vermischungen und Unregelmäßigkeiten eine längere Eintrittslänge erfordert.

In der voll entwickelten Strömung wird die Bewegung durch Druckunterschiede angetrieben. In horizontalen Rohren wirkt diese Druckdifferenz der Viskosität entgegen und sorgt für einen gleichmäßigen Durchfluss.

Im Eingangsbereich ist ein stärkerer Druckgradient erforderlich, um die Beschleunigung auszugleichen, wenn sich die Strömung anpasst, aber dieser Gradient wird konstant, sobald er vollständig entwickelt ist.

Die Scherspannung unterscheidet sich je nach Strömungstyp: Bei laminarer Strömung resultiert sie aus molekularen Wechselwirkungen, während sie bei turbulenter Strömung durch die Impulsübertragung zwischen bedeutenderen, sich zufällig bewegenden Fluidpartikeln entsteht. Dieser Unterschied wirkt sich auf die Druckverteilung und das gesamte Strömungsverhalten aus.