Wind - Strömung

Wind - Strömung

 
Messprinzip Strömung/Wind

Unter Strömung versteht man die Bewegung von Flüssigkeiten oder Gasen. Die Gesetze strömender Flüssigkeiten gelten auch für strömende Gase, solange die Strömungsgeschwindigkeit unter der Schallgeschwindigkeit bleibt, d.h. die strömenden Gase als praktisch inkompressibel angesehen werden können. Ursache einer Strömung sind unter anderem Schwerkraft und Druckdifferenzen.

Strömungsfeld, stationäre Strömung
Jedes Teilchen einer Strömung hat in jedem Augenblick eine in Betrag und Richtung bestimmte Geschwindigkeit. Den Raum, den die strömenden Teilchen erfüllen, bezeichnet man als Strömungsfeld. Zur Kennzeichnung der Geschwindigkeitsrichtung der Teilchen verwendet man Stromlinien. Die an einen Punkt der Stromlinie gelegte Tangente gibt die Strömungsrichtung in diesem Punkt an. Die Verhältnisse sind besonders übersichtlich, wenn die Bahnen der Teilchen mit den Stromlinien übereinstimmen. Die Strömung nennt man dann stationär

Reibungsfreie Strömung
Sieht man von Wirbelbildung und vor allem innerer Reibung ab, spricht man von einer idealen Flüssigkeit und einer idealen Strömung.

Laminare Strömung
Strömungen mit innerer Reibung aber ohne Wirbelbildung bezeichnet man als laminar. Die innere Reibung ist eine Folge der Kraftwirkung zwischen den Molekülen. Im Gegensatz zur äußeren Reibung, die zwischen den Grenzflächen zweier Körper auftritt, beobachtet man sie nur im Inneren des strömenden Mediums zwischen benachbarten Flüssigkeitsschichten verschiedener Geschwindigkeiten.

Beaufort
Die Windgeschwindigkeit wird üblicherweise mit Hilfe der Beaufort-Skala angegeben. In nachfolgender Tabelle sind die Beaufort-Windstärken mit den zugehörigen Windgeschwindigkeiten und der metrologischen Bezeichnung aufgelistet:
 
Stärke nach Beaufort Windgeschwindigkeit in Knoten Windgeschwindigkeit in m/s Windgeschwindigkeit in km/h Bezeichnung
         
0 0-1 0-0,2 0-1 Windstille
1 1-3 0,3-1,5 1-5 leiser Zug
2 4-6 1,3-3,3 6-12 leichte Brise
3 7-10 3,4-5,4 12-19 schwache Brise
4 11-15 5,5-7,9 20-28 mäßige Brise
5 16-21 8,0-10,7 29-38 frische Brise
6 22-27 10,8-13,8 39-49 starker Wind
7 28-33 13,9-17,1 50-61 steifer Wind
8 34-40 17,2-20,7 62-74 stürmischer Wind
9 41-47 20,8-24,4 75-88 Sturm
10 48-55 24,5-28,4 89-102 schwerer Sturm
11 46-63 28,5-32,6 103-117 orkanartiger Sturm
12 >64 >32,7 >117 Orkan

Messmethoden
 
  • Hitzdraht: Beim Heißfilm-Anemometer (HFA, "Hot Film Anemometer") wird ein elektrischer Widerstand in Form eines dünnen, strukturierten Metallfilms ("Heizer") auf ein Trägersubstrat aufgebracht. Im Betriebszustand wird der Heizer auf die Heizertemperatur gebracht. Eine vorbeiziehende (Luft-) Strömung kühlt den Heizer ab, bis sich ein Gleichgewicht zwischen elektrisch zugeführter Wärme und der thermisch abgeführten Wärmemenge einstellt.
 
  • Halbschalen-Anemometer: Der Klassiker in der meteorologischen Windmesstechnik. Je nach Konstruktion Anlaufwerte zwischen 0,1 m/s und 1 m/s. Beheizte und unbeheizte Ausführungen verfügbar.
 
  • Ultraschall: Ein Ultrasonic Anemometer besteht aus Ultraschall-Wandlern, die sich gegenüberstehen. Die dadurch gebildeten Messstrecken stehen senkrecht zueinander. Die Wandler arbeiten sowohl als Schallsender als auch als Schallempfänger. Über die Steuerungselektronik wird die jeweilige Messstrecke und deren Messrichtung angewählt. Mit dem Start einer Messung läuft eine Sequenz von mehreren Einzelmessungen in alle 4 Richtungen der Messstrecken mit maximaler Geschwindigkeit ab. Die Messrichtungen (Schallausbreitungsrichtungen) verlaufen im Uhrzeigersinn rotierend, zuerst von Süd nach Nord, dann von West nach Ost, von Nord nach Süd und schließlich von Ost nach West. Daraus werden die Mittelwerte gebildet.
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