Laminare und turbulente Strömung

Bei einer laminaren Strömung A in Rohrleitungen bewegen sich Fluidteilchen parallel in Schichten, ohne sich miteinander zu vermischen. Die Geschwindigkeitsverteilung des Fluids im Rohr ist ungleichmäßig. In der Randzone wird das Fluid infolge der Rohrreibung abgebremst und bewegt sich langsamer als in der Rohrmitte. Der Druckverlust ist proportional zur mittleren Fluidgeschwindigkeit. In der Praxis ist eine voll ausgeprägte laminare Strömung selten anzutreffen.

Bei turbulenter Strömung B verwirbeln die einzelnen Fluidschichten und tauschen Energie aus. Die sich bildende Strömungsform ist durch dreidimensionale, unberechenbare und instationäre Bewegungen der Fluidteilchen geprägt. Nur im Randbereich des Rohres bleibt teilweise eine laminar ausgeprägte Grenzschicht bestehen. Die Geschwindigkeitsverteilung ist über weite Bereiche des Rohrquerschnitts nahezu konstant. Anders als bei der laminaren Strömung, ist der Druckverlust proportional zum Quadrat der mittleren Fluidgeschwindigkeit.

Reynoldszahl

Die Unterscheidung zwischen laminarer und turbulenter Strömung kann mit Hilfe der Reynoldszahl Re ermittelt werden. Die Reynoldszahl ist eine dimensionslose Kennzahl. Bis zu einer Reynoldszahl von etwa 2300 spricht man von laminarer Strömung. Ab einer Reynoldszahl von 2300 spricht man von turbulenter Strömung. Strömungen gleicher Reynoldszahl sind in ihrem Verhalten vergleichbar.


In durchströmten Rohren lässt sich die Reynoldszahl Re aus dem Innendurchmesser des Rohres d, der mittleren Fluidgeschwindigkeit v und der kinematischen Viskosität ν errechnen.

Dieses Video erklärt drei verschiedene Strömungsarten:

  • laminare Strömung (geordnet),

  • Übergangsbereich, und

  • turbulente Strömung (ungeordnet).


Es werden auch kurz einige der Faktoren behandelt, die beeinflussen, wie eine Flüssigkeit fließt, einschließlich Strömungsgeschwindigkeit, Viskosität und Dichte sowie Rohrdurchmesser - und wie diese in der Reynoldszahl kombiniert werden. Wenn die Reynoldszahl unter 2000 liegt, fließt die Flüssigkeit wahrscheinlich in laminarer Strömung; über 4000 fließt sie wahrscheinlich in turbulenter Strömung.