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Dieses Lehrbuch erklärt die Prinzipien der mathematischen Modellierung und experimentellen Untersuchung strömungsphysikalischer Phänomene und thermofluiddynamischer Transportvorgänge bei wärmetechnischen Fragestellungen. Es führt thermofluiddynamische Grundbegriffe und Grundgleichungen ein und diskutiert Kennzahlen für erzwungene und freie Konvektion sowie deren Einfluss auf thermische Strömungsvorgänge. Neben analytischen Konzepten und Transportgleichungen für laminare und turbulente thermische Strömungen werden statistische Methoden zur Analyse turbulenter Strömungen dargestellt. Ein Schwerpunkt liegt auf thermischen turbulenten Strömungen in Wandnähe und den Geschwindigkeits- und Temperaturwandgesetzen. Besonderheiten beim Einsatz unterschiedlicher Wärmeträgermedien werden aufgezeigt und bestehende Modelle im Kontext aktueller Forschungsergebnisse diskutiert. Näherungsverfahren entwickeln Analogien und Gebrauchsformeln für den konvektiven Wärmeübergang bei Umströmungen von Körpern und Durchströmungen in Rohren und Kanälen. Ziel des Lehrbuchs ist die Vermittlung der Zusammenhänge des Impuls- und Energietransports in energie- und wärmetechnischen Komponenten, mit Fokus auf konvektive Wärmeübertragung. Der Transfer von Modellen und Erkenntnissen in die Praxis wird durch Übungsaufgaben und Beispiele unterstützt.
List of contents
Einführung.- Grundgleichungen.- Kennzahlen.- Laminare Grenzschicht.- Laminare Umströmung.- Laminaren Innenströmungen.- Turbulente Strömungen.- Statistik für turbulente Strömung.- Transportgleichungen der turbulenten Schwankungen.- Turbulente Grenzschichtströmung.- Turbulente Umströmung.- Turbulente thermische Innenströmungen.
About the author
Prof. Sebastian Ruck leitet die Gruppe thermo- und fluiddynamische Systemauslegung am Institut für Neutronenphysik und Reaktortechnik (INR) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Neben seiner langjährigen Forschungstätigkeit im Bereich der experimentellen und numerischen Strömungsmechanik, der Wärmekonversionstechnologien für thermisch hochbelastete Komponenten sowie der Flüssigmetalltechnologien für solarthermische Kraftwerke und Reaktorkomponenten, lehrt er als Dozent auf dem Gebiet der Thermofluiddynamik und konvektiven Wärmeübertragung an der Fakultät Maschinebau des KIT.
Summary
Dieses Lehrbuch erklärt die Prinzipien der mathematischen Modellierung und experimentellen Untersuchung strömungsphysikalischer Phänomene und thermofluiddynamischer Transportvorgänge bei wärmetechnischen Fragestellungen. Es führt thermofluiddynamische Grundbegriffe und Grundgleichungen ein und diskutiert Kennzahlen für erzwungene und freie Konvektion sowie deren Einfluss auf thermische Strömungsvorgänge. Neben analytischen Konzepten und Transportgleichungen für laminare und turbulente thermische Strömungen werden statistische Methoden zur Analyse turbulenter Strömungen dargestellt. Ein Schwerpunkt liegt auf thermischen turbulenten Strömungen in Wandnähe und den Geschwindigkeits- und Temperaturwandgesetzen. Besonderheiten beim Einsatz unterschiedlicher Wärmeträgermedien werden aufgezeigt und bestehende Modelle im Kontext aktueller Forschungsergebnisse diskutiert. Näherungsverfahren entwickeln Analogien und Gebrauchsformeln für den konvektiven Wärmeübergang bei Umströmungen von Körpern und Durchströmungen in Rohren und Kanälen. Ziel des Lehrbuchs ist die Vermittlung der Zusammenhänge des Impuls- und Energietransports in energie- und wärmetechnischen Komponenten, mit Fokus auf konvektive Wärmeübertragung. Der Transfer von Modellen und Erkenntnissen in die Praxis wird durch Übungsaufgaben und Beispiele unterstützt.
