Was ist hydraulischer durchmesser?

Der hydraulische Durchmesser ist ein wichtiger Begriff in der Strömungsmechanik, besonders bei der Betrachtung von Strömungen in nicht-kreisförmigen Kanälen. Er wird verwendet, um den Durchmesser eines kreisförmigen Rohrs zu definieren, das sich hinsichtlich des Strömungsverhaltens ähnlich wie der betrachtete nicht-kreisförmige Kanal verhält.

Definition: Der hydraulische Durchmesser (D_h) ist definiert als:

D_h = 4A / P

wobei:

• A die Querschnittsfläche der Strömung ist.
• P der benetzte Umfang ist. Der benetzte Umfang ist der Umfang des Kanals, der mit der Flüssigkeit in Kontakt steht.

Bedeutung: Der hydraulische Durchmesser ermöglicht die Verwendung von Gleichungen und Beziehungen, die für kreisförmige Rohre entwickelt wurden, auch für nicht-kreisförmige Kanäle, wie z.B. rechteckige oder elliptische Kanäle. Er ist besonders nützlich bei der Berechnung von Reibungsverlusten und der Bestimmung des Strömungsregimes (laminar oder turbulent) über die Reynolds-Zahl. Die Reynolds-Zahl, die den hydraulischen Durchmesser verwendet, lautet: Re = (ρ * v * D_h) / μ, wobei ρ die Dichte, v die mittlere Strömungsgeschwindigkeit und μ die dynamische Viskosität ist.

Anwendungen:

• Wärmetauscher: Bei der Auslegung von Wärmetauschern mit nicht-kreisförmigen Kanälen ist der hydraulische Durchmesser entscheidend für die Berechnung des Wärmeübergangs.
• Lüftungskanäle: In der Klimatechnik wird der hydraulische Durchmesser verwendet, um den Druckverlust in Lüftungskanälen zu bestimmen.
• Flussbetten: In der Hydrologie kann er verwendet werden, um die Strömung in natürlichen Flussbetten zu modellieren.
• Mikrofluidik: Bei der Analyse der Strömung in mikrofluidischen Kanälen ist der hydraulische Durchmesser von großer Bedeutung.