
§1 Die Navier–Stokes–Gleichungen 7
der Ver
¨
anderung des Impulses und den einwirkenden Kr
¨
aften
d
e
m
d
e
t
=
X
e
f.
Die Kr
¨
afte
e
f, die auf ein Fluid einwirken k
¨
onnen, teilt man in zwei Gruppen:
• Oberfl
¨
achenkr
¨
afte (z.B. Druck, Oberfl
¨
achenspannung, Normal- oder Scherspan-
nungen),
• Volumenkr
¨
afte (z.B. Gravitation, Zentripedalkraft, Corioliskraft, Scheinkr
¨
afte,
elektromagnetische Kr
¨
afte).
Die Oberfl
¨
achenkr
¨
afte k
¨
onnen durch
R
∂V
S·n ds ausgedr
¨
uckt werden. Dabei ist S der
Cauchy–Spannungstensor, der die molekulare Transportrate des Impulses beschreibt.
Die Volumenkr
¨
afte werden mit
R
V
e%
e
g dV beschrieben, wobei
e
g eine gegebene Kraft-
dichte (Kraft pro Einheitsvolumen) ist.
Folglich kann man Newtons zweites Gesetz auch wie folgt formulieren:
d
d
e
t
Z
V
e%
e
u dV =
Z
V
e%
e
g dV +
Z
∂V
S · n ds. (II.3)
§1.2.1 Transporttheorem von Reynolds
Dieser Abschnitt beginnt mit einer kurzen Beschreibung der beiden elementaren Sicht-
weisen in der Fluiddynamik.
Beim Eulerschen Ansatz betrachtet man an einem Punkt
e
x zur Zeit
e
t,
• die auftretende Ver
¨
anderung in der Zeit, wenn man im Raumpunkt
e
x verharrt
(beschrieben durch
∂
∂
e
t
),
• die r
¨
aumlichen Variationen zu einem bestimmten Zeitpunkt (beschrieben durch
∂
∂
e
x
).
Im Gegensatz dazu steht die Lagrangesche Herangehensweise. Hier folgt man einem
Partikel oder einer Partikelmenge im Raum und beobachtet die auftretende zeitliche
¨
Anderungsrate. Diese Ver
¨
anderungen werden mit der sogenannten Material-, totalen
oder Lagrange–Ableitung,
d
d
e
t
, beschrieben.
Die Materialableitung ist die zeitliche
¨
Anderung einer Funktion F , deren Beobachter
sich mit einem Partikel bewegt. Dieser Partikel hat zur Zeit
e
t die Koordinaten
e
x und
die Geschwindigkeit
e
u und bewegt sich in der Zeit
e
t+4
e
t zum Punkt
e
x+
e
t
e
u. Die strikte
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