Techniklexikon

Wirbel

Strömungsmechanik, kreisförmige Bewegung von Flüssigkeit. Allgemein spricht man von Wirbeln in einer Strömung, wenn die Rotation des Strömungsfeldes einen endlichen Wert hat. Für eine reibungsfreie und inkompressible Flüssigkeit gelten die Helmholtzschen Wirbelsätze.

Singuläre Wirbel, d.h. Strömungsfelder, deren Rotation nur in einzelnen Punkten ungleich Null ist, nennt man Wirbelfäden oder Strudel. Für parallele Wirbelfäden gilt ein Schwerpunktsatz. Er besagt, dass die Geschwindigkeit v_s des Systemschwerpunkts verschwindet:  (m_k: Wirbelstärke, v_k: Geschwindigkeit des k-ten Wirbels). Die Wirbelstärken haben dabei entgegengesetztes Vorzeichen, wenn die Wirbel entgegengesetzten Drehsinn haben. Daraus folgt, dass parallele Wirbelfäden entgegengesetzten Drehsinns nebeneinander herlaufen, während Wirbelfäden gleichen Drehsinns umeinander kreisen. Ähnlich gilt für parallele Wirbel auch ein Flächensatz:

Dabei stellt M den in Analogie zum Drehimpuls eines mechanischen Systems definierten Drehimpuls eines Wirbelfadens dar, und e ist der Einheitsvektor in Richtung des positiven Wirbelstärkevektors der einzelnen Wirbelfäden.

Kreisförmige Wirbel beeinflussen ihre Eigengeschwindigkeit selbst. Aus diesem Grund sind kleine Wirbelringe schneller als grosse. Ein Wirbelring, der gegen eine Wand läuft, vergrössert sich und verlangsamt sich dabei. Wirbelfäden sind in der Natur näherungsweise durch Wind- und Wasserhosen beziehungsweise Tornados verwirklicht.

Wirbel: Wirbelbildung für unterschiedliche Formen des umströmten Körpers.