Physikalisch basierte Modellbildung und Dimensionsanalyse

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Die physikalisch basierte Modellbildung verfolgt das Ziel, komplexe physikalische oder technische Vorgänge so stark vereinfacht darzustellen und in die Sprache der Mathematik zu übersetzen, dass anschließend quantitative Berechnungen (analytisch oder numerisch) möglich werden. Gleichzeitig sollen die wesentlichen Aspekte der Realität noch ausreichend gut abgebildet werden. Die Dimensionsanalyse ist dabei ein wichtiges Hilfsmittel. Die Dimensionsanalyse wird zunächst anhand eher einfacher Beispiele aus der Schulbuchphysik erläutert und dann auf komplexere Probleme aus der Verfah­rens- und Energietechnik angewendet. Die Vorgehensweisen bei der Modellbildung werden zunächst anhand einiger „Klassiker“ aus der Physik (u. a. kinet. Gastheorie, Partikel-Welle-Dualismus) eingeführt. Anschließend werden Fallstudien aus den Bereichen der Phasengrenzflächen, sowie des Transports von Impuls, Wärmeenergie, elektrischem Strom und Strahlungen in Mehrphasensystemen analysiert und diskutiert. Beispiele sind unter anderem die Oberflächenspannung, die Kelvin-Gleichung, die Viskosität und Schallgeschwindigkeit von Suspensionen, der Wärmetransport in Schüttungen und Wirbelschichten sowie radiometrische Messverfahren für die Zusammensetzung von Mehrphasensystemen.