Stromlinien, Bahnlinien, Streichlinien und Zeitlinien dienen der Veranschaulichung von Strömungen. Aber was genau sind diese Begriffe und wie unterscheiden sie sich voneinander?
Bahnlinien (Bahnkurven)
Bahnlinien sind Strömungswege, die die Fluidteilchen beim Strömen nehmen. Man kann sich diese Strömungspfade auch als Bahnkurven vorstellen. Um Bahnlinien sichtbar zu machen, kann man leichte Partikel in das Fluid einbringen, die dem Fluid nahezu trägheitslos folgen.
Abbildung: Bahnkurven in einer laminaren und einer turbulenten Strömung
Um Bahnkurven in Windkanälen sichtbar zu machen, wird häufig Glycerin verwendet, das zum Verdampfen gebracht wird. Dadurch entsteht ein weißlicher Nebel, der der strömenden Luft beigemischt wird. Bei strömenden Flüssigkeiten kann man dem Fluid auch Farbstoffe (z.B. Tinte) zusetzen, um die Bahnlinien sichtbar zu machen.
Bahnlinien sind gedachte Strömungspfade, auf denen sich masselose Partikel im Fluid bewegen würden. Allerdings lassen sich mit einer Bahnlinie nicht immer die Strömungsrichtung visualisieren, außer in Fällen, in denen die Strömung zeitlich konstant ist, also bei einer stationären Strömung.
Eine Strömung ist stationär, wenn Teilchen, die an einer bestimmten Stelle in das Fluid eingebracht werden, sich immer auf derselben Bahnlinie bewegen. Ein Beispiel dafür ist das Strömen von Wasser in einem kleinen, flachen Bach. Egal zu welchem Zeitpunkt man ein Papierschiff in die Strömung gibt, es würde immer dieselbe Bahnkurve verfolgen.
Bei einer instationären Strömung ändert sich die Geschwindigkeit der Strömung und dementsprechend bewegen sich die Teilchen auf anderen Bahnlinien. Ein Beispiel dafür ist der Wind an einem stürmischen Tag. Lässt man zwei Federn zu unterschiedlichen Zeitpunkten an demselben Punkt los, werden sie unterschiedliche Bahnlinien verfolgen, da sich die Geschwindigkeit der Strömung permanent ändert.
Stromlinien
Stromlinien sind gedachte Linien, die in tangentialer Richtung die Geschwindigkeitsrichtung des strömenden Fluids zu einem bestimmten Zeitpunkt wiedergeben. Stromlinien werden vor allem im stationären Fall verwendet, da sie dann mit den Bahnlinien identisch sind. Eine Röhre aus parallelen Stromlinien wird als Stromröhre bezeichnet.
Stromlinien können die Geschwindigkeitsverhältnisse in strömenden Fluiden veranschaulichen. Allerdings können sie bei instationären oder turbulenten Strömungen nicht dazu verwendet werden, um auf die Geschwindigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt zu schließen.
Streichlinien
Streichlinien entstehen, wenn man zeitlich nacheinander eingebrachte Partikel verbindet, die sich in einem strömenden Fluid bewegen. Diese Partikel werden an verschiedenen Orten eingebracht, aber zur gleichen Zeit. Die Verbindungslinie dieser Partikel bildet die Streichlinie.
In instationären Strömungen beschreiben zeitlich nacheinander eingebrachte Partikel unterschiedliche Bahnkurven. Daher sind Streichlinien eine Möglichkeit, das zeitliche Verhalten einer Strömung zu veranschaulichen.
Zeitlinien
Zeitlinien werden verwendet, um das zeitliche Verhalten einer Strömung darzustellen. Dabei werden gleichzeitig an verschiedenen Orten eingebrachte Partikel verbunden, um die Verbindungslinie zu erhalten. Zeitlinien können besonders bei turbulenten Strömungen aufzeigen, wie sich das Fluid zeitlich verhält.
Die genannten Begriffe dienen alle dazu, Strömungen zu visualisieren und zu analysieren. Während Bahnlinien die tatsächlichen Wege der Teilchen darstellen, geben Stromlinien die Geschwindigkeitsrichtung an einem bestimmten Zeitpunkt wieder. Streichlinien zeigen das zeitliche Verhalten von strömenden Fluiden und Zeitlinien verdeutlichen das Verhalten des Fluids zu verschiedenen Zeiten.
Es ist wichtig zu beachten, dass diese Begriffe hauptsächlich in Bezug auf stationäre Strömungen verwendet werden. Bei instationären Strömungen, insbesondere bei turbulenten Strömungen, ist die Bestimmung der Stromlinien und Streichlinien oft komplexer und aufwendiger.
Die Veranschaulichung von Strömungen mit Hilfe von Bahnlinien, Stromlinien, Streichlinien und Zeitlinien ermöglicht ein besseres Verständnis und eine genauere Analyse verschiedener Strömungsphänomene.
