Charakteristische Länge

Eine charakteristische Länge ist üblicherweise das Volumen eines Systems geteilt durch seine Oberfläche:

L c = V b o d y / A s u r f a c e {\displaystyle L_{c}=V_{\mathrm {body} }/A_{\mathrm {surface} }}

Zum Beispiel bei der Berechnung der Strömung durch kreisförmige und nicht kreisförmige Rohre, um Strömungsverhältnisse (d.h. die Reynoldszahl) zu untersuchen. In diesen Fällen ist die charakteristische Länge der Durchmesser des Rohres oder bei nicht kreisförmigen Rohren sein hydraulischer Durchmesser D h {\displaystyle D_{h}} :

D h = 4A c / p {\displaystyle D_{h}=4A_{c}/p}

Wobei A c {\displaystyle A_{c}} die Querschnittsfläche des Rohres und p {\displaystyle p} sein benetzter Umfang ist. Sie ist so definiert, dass sie sich bei Kreisrohren auf einen Kreisdurchmesser von D reduziert.

Für die Durchströmung eines quadratischen Kanals mit einer Seitenlänge von a beträgt der hydraulische Durchmesser D h {\displaystyle D_{h}}:

D h = 4 a 2 / 4 a = a {\displaystyle D_{h}=4a^{2}/4a=a}

Für einen rechteckigen Kanal mit den Seitenlängen a und b:

D h = 4 a b 2 ( a + b ) = 2 a b a + b {\displaystyle D_{h}={\frac {4ab}{2(a+b)}}={\frac {2ab}{a+b}}}

Bei freien Oberflächen (z. B. bei offener Kanalströmung)umfasst der benetzte Umfang nur die Wände, die mit der Flüssigkeit in Kontakt stehen.In ähnlicher Weise ist in der Brennkammer eines Raketentriebwerks die charakteristische Länge L ∗ {\displaystyle L^{*}} definiert als das Kammervolumen geteilt durch die Halsfläche. Da der Hals einer De-Laval-Düse kleiner als die Brennkammer ist, ist die charakteristische Länge größer als die physikalische Länge der Brennkammer.

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