Sloshing

Schwappender Wein

Unter Sloshing (englisch für schwappen) versteht man komplexe Oberflächeneffekte von Flüssigkeiten. Sloshing ist ein Teil der Fluidmechanik und umfasst das Bewegungsverhalten von Flüssigkeiten in einem anderen Objekt (etwa einem Tank), das sich typischerweise ebenfalls bewegt. Vereinfacht ausgedrückt ist Sloshing das Hin- und Herschwappen von Flüssigkeiten mit freier Oberfläche innerhalb eines Behälters. Die schwappende Flüssigkeit interagiert dynamisch mit den Tankwänden und erzeugt ein dynamisches Gesamtbewegungssystem.

Für Fahrzeuge, die Flüssigkeiten mit freier Oberfläche in Tanks transportieren sollen, muss das Schwappverhalten berücksichtigt werden, da kleine Bewegungen des Gefäßes verhältnismäßig starke Flüssigkeitsbewegungen zur Folge haben können. Dies kann zum Problem werden, da beim Auftreffen der Flüssigkeit auf die Wände des umgebenden Tanks teilweise sehr hohe[1][2] Druckbelastungen entstehen, die zur Beschädigung oder Zerstörung von Bauteilen führen können. Eine Maßnahme gegen Beschädigungen innerhalb der Tanks sind Schlagschotte, beziehungsweise Schwallbleche.

Eine solche Bewegung ist durch „Trägheitswellen“ gekennzeichnet und kann bei der Dynamik rotierender Raumfahrzeuge einen wesentlichen Effekt darstellen. Zur Beschreibung des Flüssigkeitsschwappens wurden umfangreiche mathematische und empirische Zusammenhänge hergeleitet. Derartige Analysen werden typischerweise mithilfe der numerischen Strömungsmechanik (CFD) und der Finite-Elemente-Methode durchgeführt, um das Problem der Fluid-Struktur-Wechselwirkung zu lösen – insbesondere dann, wenn der feste Behälter flexibel ist. Zu den relevanten dimensionslosen Kennzahlen der Strömungsmechanik gehören die Bond-Zahl, die Weber-Zahl und die Reynolds-Zahl.

Sloshing kann die Gesamtdynamik des Fahrzeugs beeinflussen. Zum Beispiel können bei Tankwagen, Schiffen oder Flugzeugen die Flüssigkeitsbewegungen innerhalb des oder der Tanks das Bewegungsverhalten der betreffenden Fahrzeuge beeinflussen. Bei Schiffen wird bei der Berechnung zwischen der stabilitätsmindernden Komponente der freien Oberfläche und dem Einfluss des Sloshing auf die Schiffsstruktur unterschieden.

Literatur

  • Bernhard Mehl: Sloshing. Experimentelle und theoretische Studien zum Einfluss ausgewählter Parameter auf die Wellenbewegungen in teilgefüllten Tanks (Rostocker meerestechnische Reihe; Bd. 8). Shaker-Verlag, Aachen 2015, ISBN 978-3-8440-3749-4 (zugl. Dissertation, Universität Rostock 2015)
  • Alexander Vorobyev: A smoothed particle hydrodynamics method for the simulation of centralized sloshing experiments. KIT Scientific Publ., Karlsruhe 2013, ISBN 978-3-86644-953-4 (zugl. Dissertation, Universität Karlsruhe 2012)

Einzelnachweise

  1. Raouf A. Ibrahim: Liquid Sloshing Dynamics: Theory and Applications. Cambridge University Press, 2005, ISBN 978-1-139-44413-2 (google.com [abgerufen am 25. Juli 2026]).
  2. (English) Faltinsen, Odd M.; Timokha, Alexander N. (2009). Sloshing. Cambridge University press. ISBN 978-0521881111.

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