Instationäre Strömung
Die Strömung eines Fluids ist instationär, wenn dessen Strömungsgrößen wie Geschwindigkeit und Druck nicht nur von den Koordinaten des zur Beschreibung des Strömungsfeldes verwendeten Koordinatensystems, sondern auch von der Zeit abhängig sind. Es wird zwischen drei Arten von instationären Strömungvorgängen unterschieden.
Arten von instationären Strömungvorgängen
- Stochastisch unregelmäßige Vorgänge wie bei turbulenten Schwankungen (siehe Strömungslehre)
- Anlauf- oder Auslaufvorgänge wie beim Anfahren oder Abschalten einer Kreiselpumpe (siehe Anlaufvorgang und -drehmoment)
- Periodische Vorgänge wie bei Pulsationen, z. B. bei Druckstößen in Rohrleitungen, bei Kreiselpumpen mit instabiler Drosselkurve oder unter dem Einfluss des rotierenden Laufrades
Infolge der Geschwindigkeitsänderungen an einem festen Ort treten aufgrund lokaler Beschleunigungen oder Verzögerungen in einer instationären Strömung zusätzliche Massekräfte auf, die dann entsprechende Druckänderungen verursachen. Dies kann bspw. ein beträchtlicher kurzzeitiger Druckanstieg beim plötzlichen Schließen eines Absperrorgans in einer langen, flüssigkeitsdurchströmten Rohrleitung oder der vergrößerte Druckverlust in Rohren bei pulsierender Strömung sein.
Periodisch instationäre Strömungsvorgänge können bei ausreichend kleiner Frequenz der Zustandsänderungen oft als quasi stationäre Vorgänge behandelt werden. Bei ihnen liegt zu jedem Zeitpunkt der gleiche gemittelte Strömungszustand vor wie bei einer stationären Strömung.
Die Durchströmung einer rotierenden Beschaufelung (siehe Laufrad) ist streng genommen bei der Betrachtung von einem ruhenden Koordinatensystem aus immer eine instationäre Strömung (siehe Absolutgeschwindigkeit). Geschwindigkeit und Druck ändern sich am festen Ort mit den vorbeilaufenden Schaufelteilungen periodisch. Die Strömung in einem Laufrad und in dessen unmittelbarer Umgebung ist jedoch eine stationäre Strömung, wenn man zur Beschreibung ein mit dem Laufrad mitrotierendes Koordinatensystem benutzt (siehe Relativgeschwindigkeit). Hierbei sind die in dem Relativsystem auftretenden Zentrifugal- und CORIOLIS-Kräfte zu beachten.
