Gasdynamik realer Gase I/II

Steckbrief

Eckdaten

Abschluss:
Master
Semester:
Sommersemester
Wintersemester
Organisationseinheit:
Gasdynamik
Dozent:
Igor Klioutchnikov
Sprache:
Deutsch
 

Diese Vorlesung zeigt, welche Phänomene in Gasen und Gasströmungen zu beobachten sind, wenn die Zustände außerhalb des Gültigkeitsbereichs des thermodynamisch idealen Gases auftreten. Dabei werden vor allem die Vorgänge bei hohen Temperaturen diskutiert, obwohl die klassische Thermodynamik den Begriff der Realgaseffekte für den tiefen Temperaturbereich bei hohen Drücken verwendet.

Gasströmungen bei extrem hohen Temperaturen treten zum Beispiel im Staubereich von Hyperschallfluggeräten oder an Raumflugzeugen beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre auf. Die Bugstoßwelle heizt die Luft so stark auf, dass es zur Anregung von Molekülschwingungen, zu Dissoziations- und Ionisationsreaktionen kommt. Letztere bewirken für kurze Zeit den sogenannten "black out", während dessen kein Funkkontakt zum Raumflugzeug möglich ist.

Die Beschreibung dieser Vorgänge vom thermodynamischen Standpunkt aus ist das Ziel dieser Vorlesung. Zu diesem Zweck werden die kinetische Gastheorie und die statistische Mechanik verwendet.

Die Vorlesung "Gasdynamik Realer Gase I" beschränkt sich dabei auf chemische und thermodynamische Gleichgewichtsprozesse. Typische Relaxations-, das heißt Nichtgleichgewichtsvorgänge, werden in der Vorlesung "Gasdynamik realer Gase II" behandelt.

Nach einer kurzen Einführung in die verschiedenen Molekülmodelle zur Beschreibung der intermolekularen Kräfte erfolgt im zweiten Abschnitt die Behandlung der kinetischen Gleichgewichtstheorie. Die Maxwell'sche Geschwindigkeitsverteilung wird mit Hilfe einfacher kinetischer Methoden hergeleitet.

Ein anderer Zugang erfolgt über die statistische Mechanik, deren Hauptergebnis die Boltzmannverteilung der Elementarteilchen über die möglichen Energiezustände darstellt. Diese erlaubt in Verbindung mit der Boltzmanngleichung die Beschreibung der thermodynamischen Zustände eines Gases in Abhängigkeit der verschieden angeregten Molekülzustände. Die Bestimmung der Gleichgewichtseigenschaft eines Gases bis zu sehr hohen Temperaturen bei circa 10000K einschließlich der Dissoziation und Ionisation beschließt die thermodynamischen Grundlagen.

Im letzten Abschnitt wird gezeigt, wie die erhaltenen Ergebnisse zur Berechnung von Gleichgewichtsströmungen genutzt werden. Als Beispiele dienen die Strömung durch Stoßwellen, die Düsenströmung sowie die Prandtl-Meyer Strömung.