Fluidmechanik I: Eigenschaften und Statik der Gase und Flüssigkeiten

205 Pages·1977·4.57 MB·German

by  S. Pálffy (auth.)

S. Palffy
Fluidmechanik I
s. Palffy
Fluidmechanik I
Eigenschaften und Statik
der Gase und FIGssigkeiten
EinfGhrung in die Grundlagen und Anwendungen
mit 120 Bildern, 15 Tabellen und Diagrammen,
40 Zahlenbeispielen
Springer Basel AG 1977
ÉE.
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Pélffy, Séndor
Fluidmechanik: Eigenschaften u. Statik d. Gase
u. Flüssigkeiten. — Basel, Stuttgart: Birkhäuser.
1. Einführung in die Grundlagen und Anwendungen. —
1. Aufl.-1977.
ISBN 978-3-0348-5319-4 ISBN 978-3-0348-5318-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-0348-5318-7
Nachdruck verboten
Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen und der
Reproduktion auf photostatischem Wegeoder durch Mikrofilm, vorbehalten.
© Springer Basel AG 1977
Ursprünglich erschienen bei Birkhäuser Verlag Basel, 1977
Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1977
VORWORT
Der Begriff Fluid fasst Flussigkeiten und Gase zusammen. Das vorlie
gende Buch behandelt gemeinsam die wichtigsten Eigenschaften und die
GrundzUge der Mechanik der flUssigen und gasf6rmigen Stoffe.
Von seinem Inhalt und Aufbau her wendet es sich an Studierende der
Ingenieur- und Fachhochschulen, der Technischen Hochschulen und Uni
versit~ten als erg~nzende praktische LektUre zu den Vorlesungen und
an die in der Praxis stehenden Ingenieure, die ihr Grundwissen auf
dem Gebiet der Fluidmechanik erweitern wollen.
Das eindringende Verst~ndnis und die klare Vorstellung sind uner
l~ssliche Voraussetzungen zur Beherrschung der Grundlagen. Um diese
so weit wie m6g1ich zu f6rdern, wurde auf eine ausfuhrliche Beschrei
bung und allgemeine Verst~ndlichkeit besonderer Wert gelegt.
Die zahlreichen auf die Praxis bezogenen und ausgearbeiteten Zahlen
beispiele gestalten die Fluidmechanik I zu einem "Arbeitsbuch". Hier
zu dienen ebenfalls die am Schluss angefUhrten Tabellen.
Oem Buch liegt das internationale Massystem (SI) zugrunde, das heute
wohl an allen Technischen Schulen eingefUhrt ist, jedoch dem in der
Praxis stehenden Ingenieur oft noch eine zwingende Notwendigkeit be
deutet. Aus diesem Grunde sind die Ergebnisse der Zahlenbeispiele
gr6sstenteils auch noch im Technischen Massystem angegeben.
Mein Dank gebUhrt Herrn Direktor Prof. Dr. W. Winkler fUr sein wohl
wollendes Interesse an diesem Buch, meinem Verleger, Herrn Direktor
C. Einsele und Herrn Dr. H. Buchmann fur die erfreuliche Zusammen
arbeit, Meiner Gattin fur die Erstellung des Manuskriptes und dem
Birkh~user Verlag fUr die vorzUgliche Ausstattung des Buches.
Ennetbaden, Fruhjahr 1977 S. PUffy
INHALTSVERZEICHNIS
Ein1eitung 1
Die Methoden der F1uidmechanik 3
Historische Entwick1ung 5
I. PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN DER FLU IDE 6
1. Zustand, Definitionen und physika1ische Eigenschaften 6
1.1. Der Zustand 7
1. 2. Definitionen 7
1.2.1. Die Temperatur 7
1.2.2. Der Druck 8
1. 3. Physika1ische Eigenschaften 10
1.3.1. Innerer Zustand 10
1. 3.2. Innere Reibung von F1uiden 12
1. 3.3. Die Kompressibi1it!t 16
1. 3. 4. Die Koh!sion 20
1. 3. 5. Die Oberf1!chenspannung 21
1. 3.6. Kapi11ariUt 30
1. 4. Temperatur und physika1ische Eigenschaften 33
1.4.1. Isobare, thermische Vo1umen!nderung 33
1. 4.2. Spezifische warme 48
1. 4. 3. Beziehungen zwischen dem Aggregat- und Energiezustand
der Fluide 55
1. 4. 4. Thermische und ka10rische ZustandsgrOssen 61
1. 4. 5. Zustandsanderung des idealen Gases 68
1. 4.6. Vo1umenanderungs- und technische Arbeit des idea1en
Gases 71
1. 4. 7. Ideale F1uide 83
II. FLUID-STATIK 84
2. Aerostatik 84
2.1. Aufbau der Atmosphare 84
2.2. HOhenabhangigkeit der thermischen ZustandsgrOssen 88
2.2.1. Isotherme Schichtung 88
2.2.2. Po1itrope Schichtung 91
2.3. Internationa1e Norma1atmosphare 93
2.4. Normzustand der Luft im Maschinenbau 95
2.5. G,asdruck 96
3. Hydrostatik 98
3.1. Gestalt der freien Oberf1ache von F1Ussigkeiten 98
3.1.1. Geradlinige, gleichmassig beschleunigte Bewegung 98
3.1. 2. G1eichmassige Rotationsbewegung 101
3.2. Die Eu1er'schen G1eichungen der Hydrostatik 104
3.2.1. Hydrostatischer Druck durch Eigengewicht 111
3.2.2. Hydrostatischer Druck durch Kompression 113
3.3. Ko1benarbeit, hydrau1ische KraftUbersetzung 114
3.4. Verbundene (kommunizierende) Gef!sse 120
3.5. F1Ussigkeitsmanometrie 122
3.5.1. Das U-Rohr Mano- und Vakuummeter 122
3.5.2. Das Prandtl- oder Gef!ssmanometer 129
3.5.3. Das Schragrohr-Manometer 130
3.5.4. Das Piezometer 131
3.6. Graphische Darste11ung der Druckvertei1ung,
Druckdiagramm 131
3.7. Hydrostatische Druckkr!fte auf ebene F1!chen 139
3.7.1. Hydrostatische Druckkraft auf horizonta1e, ebene
Bodenf1!chen 139
3.7.2. Das Pasca1'sche oder hydrostatische Paradoxon 139
3.7.3. Hydrostatische Druckkraft auf ebene Seitenw!nde 140
3.8. Hydrostatische Druckkraft auf gekrUmmte F1!chen 152
3.8.!. Hydrostatische Druckkraft info1ge Kompression auf
gekrUmmte F1!chen 152
3.8.2. Hydrostatische Druckkraft auf be1iebig gekrUmmte
F1achen 154
3.9. Der hydrostatische Auftrieb 163
3.9.!. G1eichgewichtsbedingungen 168
3.9.2. Das Sinken (Fall 1) 168
3.9.3. Das Schweben (Fall 2) 169
3.9.4. Das Schwimmen (Fall 3) 170
Tabe11en 179
Literaturverzeichnis 192
Sachverzeichnis 193
DIE WICHTIGSTEN FORMELZEICHEN UNO IHRE BEDEUTUNG
Formel Bedeutung Koh~rente Einheit
zeichen im SI-System
A Querschnitt, Fl~che m2
a Beschleunigung m/s2
B, b Breite m
C Integrationskonstante diverse
C W~rmekapazit~t J/K
c Konstante 1
c spezif. W~rmekapazit~t J/kg K
cp isobare spezif. W~rmekapazit~t J/kg K
Cv isochore spezif. W~rmekapazit~t J/kg K
cm mittlere spezif. W~rmekapazit~t J/kg K
cn poly trope spezif. W~rmekapazit~t J/kg K
0, d Durchmesser m
E Elastizit~tsmodul N/m2
E Engler-Grad
e Exzentrizit~t m
F Kraft N
f Funktion
G Gewicht N
g lokale Erdbeschleunigung m/s2
H Enthalpie (W~rmeinhalt) J
H H5he m
h spezif. Enthalpie J/kg
hk Kapillarerh5hung, Kapillardepression m
J Axiale Fl~chenmomente 2. Ordnung m~
K Konstante
K Kompressionsmodul
L L~nge m
1 spezif. Verdampfungsenthalpie J/kg
M Moment Nm
M Molmasse kg/mol
m Masse kg
n Polytropenexponent 1
0 Bezugspunkt
Formel Bedeutung Koh!rente Einheit
zeichen im SI-System
0-0 Bezugsebene
P Druck N/m2
Q W!rmeenergie J
q spezif. W!rmeenergie J/kg
R, r Radius m
individuelle oder spez. Gaskonstante J/kg K
universelle oder molare Gaskonstante J/mol K
Entropie J/K
Schwerpunkt
s spezif. Entropie J/kg K
s Weg, Abstand, Dicke m
T absolute Temperatur K
T Eintauchtiefe m
t Temperatur in Grad Celsius Grd
U Innere Energie J
U Potential diverse
u spezif. innere Energie J/kg
u Umfangsgeschwindigkeit m/s
Volumen m3
Molvolumen m3/mol
spezif. Volumen m3/kg
W Arbeit J
w spezif. Arbeit J/kg
w Geschwindigkeit (relative) m/s
x, Y, Z spezif. Kraft N/kg
Realgasfaktor 1
Koordinate, L!nge m
Koordinate, H6he m
a Winkel Grd
a isobarer, linearer Ausdehnungskoeff. l/K
f3 Kritisches Druckverh!ltnis 1
f3 isobarer, quadratischer Ausdehnungs l/K
koeff.
f3 Winkel Grd.
y isobarer, kubischer Ausdehnungskoeff. l/K
Forme 1- Bedeutung Koh!rente Einheit
zeichen im SI-System
y spezif. Gewicht, Wichte (p.g) N/m3
n dynamische Z!higkeit Ns/m2
K Isentropenexponent 1
K Kompressibil1t!t m2/N
J..l Koeff. fUr Trockenreibung 1
v kinematische Zahigkeit m2/s
p Dichte kg/m3
CJ Oberf1!chenspannung N/m
CJ spezif. Schme1zentha1pie J/kg
T Schubspannung N/m2
<I> relative Luftfeuchtigkeit 1
Winkel Grd
<I>
w Winke1geschwindigkeit l/s