
Hieraus erhält man die Kraft, die von einer Schicht auf die nächste wirkt. Da der Geschwindigkeitsunterschied und der Abstand der Schichten zueinander verschwindend gering ist, kann der Differenzenquotient als Ableitung geschrieben werden und man gelangt für die Kraft zu folgendem Ausdruck: Nun wirkt auf die Flüssigkeit im Rohr einmal die Druckkraft aus Fläche mal Druck, wobei die Fläche eine Kreisfläche ist, also F = pr2(p1-p2) , die die Flüssigkeit beschleunigt. | Abb. 6: Zur Herleitung der Hagen-Poiseulleschen Gleichung | |
| Zum zweiten wirkt die Reibungskraft, wie oben schon beschrieben, als bremsende Kraft. Wobei hier nun die Fläche A die Rohrmantelfläche ist, die sich aus dem Umfang mal der betrachteten Rohrlänge l berechnet:
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| An der Rohrwand heben sich nun beide Kräfte gerade auf, die Flüssigkeit haftet hier an der Rohrwand, so daß die Addition beider Kräfte 0 ergibt. Somit ist hier die Schubkraft gleich der Reibungskraft, die in entgegengesetzte Richtung wirkt. Als Kräftebilanz erhält man:
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| Hier läßt sich nun pr herauskürzen und die Gleichung umgestellt von dem betrachteten Radius r bis zum Rohrradius R integrieren. Auf der rechten Seite wird das Geschwindigkeitsprofil von der unbekannte Geschwindigkeit, die abhängig vom betrachteten Rohrradius ist, bis zur Geschwindigkeit 0 integriert, die ja an der Rohrwand herrscht.
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| Mit einfacher Integration, wer mag, kann das ja mal per Hand nachrechnen, bekommt man:
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| Um das Geschwindigkeitsprofil zu erhalten muß man nun nur noch das Ganze nach v(r) umstellen:
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| Dieses Geschwindigkeitsprofil ist ein Paraboloid. Aber mehr als nur das Geschwindigkeitsprofil des Abwassers im Abflußrohr, interessiert nun auch noch der Volumenstrom, also die Stromstärke in diesem Rohr. | Abb. 7: Verteilung der Geschwindigkeit bei laminarer Strömung in einem Rohr | |
| Hagen - Poiseuille - Gesetz |
Jetzt hatte ich aber vereinfachend nur ein idealisiertes Abwasser benutzt.Aber auch auf realistische Abwässer trifft die Formel weitgehendstund mit nur geringen Veränderungen zu. So ist ein sehr bekanntes Abwassersystemin gewisser Hinsicht der menschliche Blutkreislauf. Immerhin transportiertder ja auch alle möglichen Dreck, den der Körper braucht, oderauch manchmal nicht braucht. Auf jeden Fall schwimmen im Blut genauso wieim Abwasserkanal, auch Bröckchen herum, die Erythrozyten. Diese ballensich nun aber in den Adern in der Mitte zusammen und verhalten sich nichtmehr wie eine Newtonsche Flüssigkeit. Am Rand aber, also an der Aderwand,befindet sich nur eine Plasmaschicht, die sich wie die obige Flüssigkeitverhält. Also kann man an den Randregionen das Hagen - Poiseuille- Gesetz und in der Mitte eine etwas kompliziertere Formel verwenden, diesich vom Modell für plastische Massen von E. C. Bingham herleitet.Diese Formel ist von der Struktur aber auch der anderen ähnlich. Alldie, die eine solche Formel gerne anschauen, können diese im "TechnischeStrömungslehre" von Prandtl auf Seite 510/511 nachschlagen.
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Hendrik Hoeth Canada Dormitory 50/5/1 Technion City Haifa 32000 ISRAEL |
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Alexander Wagner Heltorfer Mark 39 40489 Düsseldorf Tel/Fax: +49 (0)203-741007 e-mail: wagnerjk@gmx.de page: http://tel.de/0203/741007/ |