Fluid- und Thermodynamik: Eine Einführung by Kolumban Hutter

By Kolumban Hutter

Auf der Grundlage eines allgemein verständlichen, beiden Gebieten gemeinsamen Konzepts wird eine Einführung in die Fluid- und Thermodynamik gegeben. Die Fluiddynamik umfaßt die Hydrostatik, die Hydrodynamik der idealen und viskosen Fluide sowie die laminaren und turbulenten Rohrströmungen. In der Thermodynamik werden nach Einführung der Begriffe und der Darstellung der thermischen Zustandsgleichungen idealer Gase der erste und zweite Hauptsatz behandelt, beginnend mit der für adiabate, einfache Systeme gültigen shape nach Caratheodory bis hin zur Bilanzaussage von Clausius Duhem mit Anwendungen auf wärmeleitende viskose Fluide und die kanonischen Zustandsgleichungen. In der Gasdynamik, in der die Akustik, die stationäre isentrope Stromfadentheorie und die Stoßtheorie behandelt sind, werden Fluid- und Thermodynamik miteinander verwoben.
Das Buch schließt - als Besonderheit in der Lehrbuchliteratur - mit einem Kapitel über Dimensionsanalyse und Modelltheorie. Es eröffnet neben der Erarbeitung technischer Fragestellungen ebenso den Blick für umweltrelevante Probleme. Viele Beispiele aus Technik und Naturwissenschaft unterstützen diese Blickweise.

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Fluid- und Thermodynamik: Eine Einführung

Auf der Grundlage eines allgemein verständlichen, beiden Gebieten gemeinsamen Konzepts wird eine Einführung in die Fluid- und Thermodynamik gegeben. Die Fluiddynamik umfaßt die Hydrostatik, die Hydrodynamik der idealen und viskosen Fluide sowie die laminaren und turbulenten Rohrströmungen. In der Thermodynamik werden nach Einführung der Begriffe und der Darstellung der thermischen Zustandsgleichungen idealer Gase der erste und zweite Hauptsatz behandelt, beginnend mit der für adiabate, einfache Systeme gültigen shape nach Caratheodory bis hin zur Bilanzaussage von Clausius Duhem mit Anwendungen auf wärmeleitende viskose Fluide und die kanonischen Zustandsgleichungen.

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Auch das U-Rohr-Manometer ist im wesentlichen eine kommunizierende Rohre. In der Anordnung von Abb. 11 laBt sich durch Messen der im U-Rohr auftretenden Spiegeldifferenz 11h der Manometerfliissigkeit mit Dichte pF der Gasdruck PG an der Offnung des mit dem Manometer verbundenen Kessels messen. 3 Druckverteilung in einem dichtebestandigen, schweren Fluid 25 Pc Pc / PI PF Abb. 11. U-Rohr-Manometer Der im Kessel V herrschende Gasdruck PG kann mit der Verschiebung ,1h der M anometerfiussigkeit mit Dichte pp gemessen werden, wenn auch der AufJendruck bekannt ist.

90) gegeben, worin die mit 0 indizierten GraBen Referenzwerte auf dem Boden bezeichnen. 91 ) beschrieben wird und nennt n > 0 den Polytropenexponenten. 92) schlieBt hieraus also, daB die Temperatur fUr 0 < n < 1 mit wachsender Dichte steigt und fUr n > 0 bei allen Dichten p 2': 0 endlich bleibt, wahrend sie fur n > 1 mit wachsender Dichte fallt und im Limes p -+ 0 unendlich groB wird; n = 1 entspricht der isothermen Atmosphare. In der unteren Atmosphare, der sogenannten Troposphare - das sind die unteren 8-12 km - gibt das Polytropengesetz mit n = 0,8 eine brauchbare Annaherung an die Wirklichkeit.

4) gegeben. In diesen Formeln haben wir die Tatsache, daB die zeitliche Anderung einer GroBe bei festgehaltenem Partikel berechnet werden solI, durch Hinzufiigen des tiefgestellten Index "X = fest" kenntlich gemacht. Gleichzeitig haben wir als Differentiationssymbol das "gerade d" verwendet. In Zukunft wollen wir auf den Index verzichten und deuten mit dem geraden d bei der Differentiation an, daB damit eine zeitliche Anderung bei festgehaltenem Partikel gemeint ist. 4)) oft mit einem Punkt abgekiirzt wird, heiBt auch materielle oder substantielle Ableitung.

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