Freie Oberfläche (Strömungslehre)

Eine freie Oberfläche bezeichnet eine Grenzfläche zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit. Der Grund für die Kennzeichnung mit dem Begriff „frei“ entsteht aus dem großen Dichtenunterschied bezüglich der des Gases und der Flüssigkeit (das Dichteverhältnis von Wasser zu Luft ist 1000). Die niedrige Gasdichte bedeutet, dass die Massenträgheitskraft im allgemeinen ignoriert werden kann im Vergleich mit der Massenträgheitskraft der Flüssigkeit. Es bedeutet also die Flüssigkeitsbewegung ist „unabhängig“ oder „frei“ von der Massenträgheitskraft des Gases.

Freie Oberfläche oder englisch „free surface“ ist ein Begriff aus der Numerischen Strömungsmechanik, beziehungsweise der Strömungslehre.

Es gibt zahlreiche numerische Berechnungsmethoden um freie Oberfläche zu berechnen. Die älteste ist die 1965 publizierte Marker-and-Cell (MAC) Methode nach Harlow und Welch. Eine neuere Methode ist die von Nichols und Hirt publizierte Volume-of-Fluid (VOF) Methode. Weiter existiert noch die Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) Methode.

Literatur

• Harlow, F.H.; Welch, J.E.: Numerical Calculation of Time-Dependent Viscous Incompressible Flow, Phys. Fluids 8 (1965), S. 2182.
• Hirt, C; Nichols, B: Volume of fluid method for the dynamics of free boundaries, Journal of Computational Physics 39 (1981), S.201-225
• Hirt, C.W., Cook, J.L. and Butler, T.D.: A Lagrangian Method for Calculating the Dynamics of an Incompressible Fluid with Free Surface, J. Comp. Phys. 5 (1970), S. 103.
• Hirt, C.W., Amsden, A.A., and Cook, J.L.: An Arbitrary Lagrangian-Eulerian Computing Method for all Flow Speeds, J. Comp. Phys., 14 (1974), S. 227.

Siehe auch

• Mehrphasenströmung

Weblinks

• Free Surface Modeling Methods (englische Webseite zu freien Oberflächen