Sekundärströmung

Sekundärströmung ist ein Begriff aus der Strömungslehre, also der Bewegung beispielsweise von Luft oder Wasser.

Man versteht darunter eine zusätzliche Strömung vergleichsweise geringer Geschwindigkeit in der Ebene quer zur Hauptströmungsrichtung.

Zusammen mit der leicht vorstellbaren Hauptströmung führen Sekundärströmungen zu spiraligen oder komplexeren Bahnlinien und machen strömungstechnische Vorhersagen und Berechnungen zu einer schwierigen Angelegenheit.

Ausgelöst werden Sekundärströmungen oft durch Ungleichmäßigkeiten wie Hindernisse, Reibung oder die Veränderung eines Querschnitts. Da sie zusätzliche Geschwindigkeiten bewirken, wird für Sekundärströmungen oft auch zusätzliche Energie benötigt und es können zusätzliche Kräfte auftreten. Deshalb sind Sekundärströmungen in der Technik meist unerwünscht; in Sonderfällen können sie aber auch bewusst herbeigeführt werden, um wünschenswerte Effekte herbeizuführen (beispielsweise Vermischung und Ausgleich oder Stabilisierung) – und sei es eine „Bananenflanke“ (siehe unten).

Einfaches Beispiel: Teetasse

Bekanntestes Beispiel für eine Sekundärströmung ist die Strömung im Innern einer Teetasse: Beim Umrühren ist die Hauptströmungsrichtung kreisförmig innerhalb der waagerechten Ebene. In der Bodengrenzschicht bewegen sich die Wasserteilchen aber in spiralförmigen Bahnen nach innen. Es liegt also eine Sekundärströmung in Richtung auf den Mittelpunkt der Teetasse hin vor. Dieses zur Tassenmitte hin fließende Wasser muss irgendwo hin; es steigt nach oben zum Flüssigkeitsspiegel, von dort zum Tassenrand und an der Wandung der Tasse abwärts zum Boden. Ein Nebeneffekt ist, dass im Moment des Aufstiegs nach oben die schwereren Teeblätter der Bewegung nicht mehr folgen können und in der Mitte des Tassenbodens abgelagert werden.

Unterscheidung: erster und zweiter Art

• Diese Sekundärströmung infolge gekrümmter Stromlinien wird auch Sekundärströmung erster Art genannt.
• Beispielsweise in Rohren von nicht-kreisförmigem Querschnitt treten Turbulenzen auf; bei dieser Ursache spricht man von Sekundärströmung zweiter Art.

Komplexeres Beispiel: Bananenflanke

Sekundärströmungen sind an der Bananenflanke beteiligt. Hier ist die Hauptströmungsrichtung die eigentliche Flugrichtung des Balls. Die an der Oberfläche des Balls liegenden Luftteilchen, die durch die Rotation des Balls quer zur Hauptströmungsrichtung „mitgenommen“ werden, bilden eine Sekundärströmung erster Art und sind für den Magnus-Effekt ursächlich. Weitere Effekte kommen hinzu, weil die Geschwindigkeitsverhältnisse in den verschiedenen Schichten der Kugel unterschiedlich sind (in Skizzen wird meist nur die „Äquatorebene“ dargestellt; bis hinauf zu den „Polen“ des Balls liegt jedoch eine abnehmende Quergeschwindigkeit vor). Sie bewirken eine komplexe und ohnehin turbulente Strömung als Sekundärströmung zweiter Art. Das Ganze ist außerdem „chaotisch“ und instationär.

Literatur

• Schade, Kunz: Strömungslehre. De Gruyter, Berlin 1980, ISBN 3-11-007921-6.