Die in thermofluiddynamischen Prozessen der Energie- und Wärmetechnik auftretenden Strömungen sind überwiegend turbulent. Das Anliegen des vorliegenden Kapitels ist es, eine kurze, in Teilen heuristische Einführung in das Themengebiet der Turbulenz zu liefern, um damit die Grundlagen für eine tiefergehende mathematische Behandlung des Themenfeldes in den nachfolgenden Kapiteln zu schaffen. Der Fokus des Kapitels liegt auf dem Kennenlernen der Eigenschaften turbulenter Strömungen. Das Konzept der Energiekaskade wird erläutert, die Quintessenz der Kolmogorov-Hypothesen beschrieben und die Verteilung der kinetischen Energie turbulenter Strömungsstrukturen im Energiespektrum diskutiert. Zudem wird die Größenordnung turbulenter Skalen behandelt und ihre Abhängigkeit von der Reynolds- und der Prandtl-Zahl aufgezeigt. In diesem Kontext werden die Kolmogorov-, Obukhov-Corrsin- und Batchelor-Skalen hergeleitet.

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Turbulente Strömungen

  • Sebastian Ruck

摘要

Die in thermofluiddynamischen Prozessen der Energie- und Wärmetechnik auftretenden Strömungen sind überwiegend turbulent. Das Anliegen des vorliegenden Kapitels ist es, eine kurze, in Teilen heuristische Einführung in das Themengebiet der Turbulenz zu liefern, um damit die Grundlagen für eine tiefergehende mathematische Behandlung des Themenfeldes in den nachfolgenden Kapiteln zu schaffen. Der Fokus des Kapitels liegt auf dem Kennenlernen der Eigenschaften turbulenter Strömungen. Das Konzept der Energiekaskade wird erläutert, die Quintessenz der Kolmogorov-Hypothesen beschrieben und die Verteilung der kinetischen Energie turbulenter Strömungsstrukturen im Energiespektrum diskutiert. Zudem wird die Größenordnung turbulenter Skalen behandelt und ihre Abhängigkeit von der Reynolds- und der Prandtl-Zahl aufgezeigt. In diesem Kontext werden die Kolmogorov-, Obukhov-Corrsin- und Batchelor-Skalen hergeleitet.