Instabile Strömung

Instabile Strömungen und andere instabile Vorgänge (von lat. instabilis, ohne festen Stand) sind Bewegungen, deren Verlauf nicht oder nur unsicher vorauszusehen ist. Sie werden durch äußere und innere Störungen entscheidend beeinflusst - was sie mit dem Überbegriff „instabile Systeme“ gemeinsam haben.

Instabile Strömungen sind Bewegungen in Fluiden (Flüssigkeiten und Gase), die nicht „glatt“ oder geordnet (techn. Fachausdruck „laminar“), sondern ungeordnet ablaufen. Im Gegensatz zur laminaren Strömung (wie etwa in Ölleitungen oder an Tragflächen von Flugzeugen) herrscht nicht ein- oder zweidimensionale Bewegung vor, sondern die Teilchen haben auch „zufällige“ und 3D-Bewegungen.
Deren Verlauf zeigt räumlich oder zeitlich starke Änderungen und sie sind mit Durchmischungsvorgängen verbunden - vor allem mit Turbulenzen bzw. stationären und instationären Wirbeln.

Ein Maß für die Instabilität einer Strömung ist die sogenannte Reynolds-Zahl (Re), die auf Osborne Reynolds zurückgeht. Er stellte 1883 bei Versuchen mit gefärbtem Wasser fest, dass sich im Glasrohr erst ab einer gewissen Geschwindigkeit Verwirbelungen bilden. Die Reynolds-Zahl hängt von der Strömungsgeschwindigkeit, vom Rohrdurchmesser und der Viskosität der Flüssigkeit ab. Wird die Geschwindigkeit oder der Rohr-Querschnitt zu groß oder die Viskosität zu klein, dann wird die Strömung instabil gegenüber kleinen Störungen wie Unebenheiten oder seitlichen Zuflüssen.

In der Technik, Medizin und vielen Naturwissenschaften ist die Untersuchung solcher Instabilitäten ein wichtiges Thema der Forschung - etwa für

  • Blutkreislauf und andere Kreisläufe (Zirkulation, auch bei Anwendungen von Kreisprozessen)
  • Hydrologie, Wasserver- und Entsorgung
  • Kulturtechnik, Wildwasser- und Lawinenverbauung
  • Maschinenbau und Motorenbau
  • Meteorologie und Meereskunde
  • Physikalische Prozesse
  • Schifffahrt und Beseitigung ihrer Hindernisse insbesondere in Hafenbecken

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