Stoßwellen I/II

 

Diese Vorlesung behandelt Phänomene, die mit dem Auftreten von Stoßwellen in Zusammenhang stehen. Eine Stoßwelle stellt unter anderem eine Verdichtungswelle dar, deren Ausbreitungsgeschwindigkeit relativ zur ungestörten Strömung größer als die Schallgeschwindigkeit des jeweiligen Mediums ist.

Stoßwellen können sowohl in gasförmigen, flüssigen, aber auch in festen Medien auftreten, wobei in dieser Vorlesung nur die Ausbreitung in Gasen betrachtet wird.

Eine Stoßwelle stellt eine nahezu sprunghafte, endliche Änderung der Strömungsparameter dar, wobei die Dicke der Welle einige mittlere freie Weglängen betreibt. Stoßwellen treten zum Beispiel an Überschallflugzeugen auf, in Triebwerkseinläufen, Überschallverdichtern, zwischen Behältern bei plötzlichem Druckausgleich, bei Explosionen und so weiter.

Nach Einführung der Erhaltungssätze in integraler und differenzieller Form werden für eine stationäre Strömung die allgemeinen Stoßrelationen hergeleitet, wobei auch die Möglichkeit eines Expansionsstoßes diskutiert wird.

Für zunächst perfektes Gasverhalten wird eine quasi-stationäre Stoßwelle betrachtet, d.h. eine Welle mit konstanter Ausbreitungsgeschwindigkeit, sowie die Vorgänge bei der Reflexion eines Stoßes an einer festen Wand. Ergänzt wird dies durch quantitative Aussagen über den Einfluss nichtidealen Gasverhaltens bei hohen Temperaturen.

Nach der Beschreibung des Ausbreitungsverhaltens einer Expansionswelle werden das Wellensystem in einem Stoßrohr sowie räumlich eindimensionale Wellenwechselwirkungen erläutert. Die Abschätzung der Grenzschichteffekte auf die idealisierte Stoßrohrströmung beschließt dieses Kapitel.

Für den räumlich zweidimensionalen Fall wird zum Abschluss das Auftreten schräger Stöße sowie der Sonderfall der Mach'schen Reflexion behandelt.