Fragen zu Gasbehältern und Fluidleitungen?
Moin
Ich habe 2 Fragen.
1. Warum sind viele Gas- und Flüssigkeitsbehältnisse rund? (Gasflaschen, LKW-Tanks etc.)
2. Welcher Querschnittsform ist für die Leitung von Fluiden am besten geeignet? Evtl. mit Erklärung.
Danke!
5 Antworten
- wer mal eine überlagerte Milchtüte gesehen hat, weiß warum: die Wände beulen sich aus, die Kanten sind am stabilsten. Bei runden Formen ist alles gleich stabil.
- kreisförmig - die geringste Wandfläche pro Volumen (Wände machen Strömungswiderstand)
Rund bedeutet größtes Volumen auf kleinster Fläche. Die Druckverteilung ist damit an jedem Punkt gleich.
Zusützliche Antwort: Kugelförmige Behälter haben das größte Verhältnis von Volumen zu Oberfläche. Das hat den Vorteil, dass Temperaturänderungen in der Umgebung sich am langsamsten auswirken.
Die runde Form ist stabiler als eine eckige, weil der Druck sich in einem runden Behälter gleichmässig verteilt.
1. Warum sind viele Gas- und Flüssigkeitsbehältnisse rund? (Gasflaschen, LKW-Tanks etc.)
Der runde Querschnitt ist die einzige Form, die nicht "ausbeult", sondern auch unter hohem Druck ihre Form behält. Das liegt daran, dass auf jeden Punkt der Behälterwand dieselben Kräfte wirken.
2. Welcher Querschnittsform ist für die Leitung von Fluiden am besten geeignet? Evtl. mit Erklärung.
Auch das ist eine runde Form. Man möchte eine möglichst gleichmäßige Strömung ohne große Wirbelbildung haben, die zu Druckverlusten führen würde. Das erreicht man am ehesten mit einem runden Querschnitt und glatten Wänden.
Aber warum wirken bei eckigen Behältern nicht überall die gleichen Kräfte?
Wenn ich ein rechteckiges Behältnis mit Druck beaufschlage, wirkt dieser überall. Woher dann unterschiedliche Belastungen?
Der Druck wirkt überall gleich, aber die entstehenden Kräfte sind unterschiedlich.
Hast du schon mal einen Benzinkanister oder auch Wasserkanister gesehen, der unter Druck steht? Da beulen sich immer die Seitenwände aus. Das ist wie bei einer waagrechte Platte, auf der man eine gleichmäßge Last verteilt. Die biegt sich immer in der Mitte am stärksten durch, weil da die Hebelkräfte in Bezug auf die stabilen Ecken zur Mitte hin immer größer werden.
Grundsätzlich versucht jeder elastische Körper, der unter Druck steht, von sich selber aus einen inneren Kräfteausgleich hinzkriegen, in dem er sich möglichst der runden Form nähert. Das kann man selbst bei einer Papiertüte, die man aufbläst, beobachten.
Aber dann ist der Grund doch eher eine geringere Steifigkeit und nicht höhere Kräfte. Oder liege ich da falsch?
Das ist letzlich eine Frage der Betrachtungsweise. Man kann auch einfach argumentieren, dass ein rechteckiger Behälter weniger Steifigkeit besitzt als ein runder. Das wäre aber eher oberflächlich und trivial. Warum ein rechteckiger Körper weniger Steifigkeit besitzt als ein runder habe ich oben versucht zu begründen.
Warum verteilt sich der Druck in einem rechteckigen Behälter nicht gleich?