Knudsen-Zahl

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Physikalische Kennzahl
Name Knudsen-Zahl
Formelzeichen
Dimension dimensionslos
Definition
freie Weglänge
charakteristische Länge
Benannt nach Martin Knudsen

Die Knudsen-Zahl (nach dem dänischen Naturwissenschaftler Martin Knudsen) ist eine dimensionslose Kennzahl zur Abschätzung des Strömungsverhaltens einer Gasströmung. Sie zeigt das Verhältnis der mittleren freien Weglänge der Gasmoleküle zu einer charakteristischen Länge des Strömungsfeldes (z. B. Durchmesser eines durchströmten Rohres).[1] Sie zeigt, ob die Bewegung eines Fluids als Kontinuum strömungsmechanisch oder als Bewegung der einzelnen Teilchen beschrieben werden kann.

Für ein ideales Gas, das der Maxwell-Boltzmann-Verteilung genügt, gilt

mit

Für gelten die kinetischen Gesetze der Gastheorie stark verdünnter Medien (nahe am Vakuum), während für die Gesetze der Gasdynamik kontinuierlicher Medien gelten.

10 freie Molekularströmung (Knudsen-Gas)
0,1 10 Übergangs- oder Knudsenströmung ()
0,01 0,1 Gleitströmung
0,01 Kontinuumsströmung

Die Knudsen-Zahl spielt auch bei der Wärmeleitung in Gasen eine wichtige Rolle. Für Dämmmaterialien beispielsweise, in denen Gase unter geringem Druck eingeschlossen sind, sollte die Knudsen-Zahl möglichst groß gewählt werden, um eine geringe Wärmeleitfähigkeit zu gewährleisten[2].

Einzelnachweise

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  1. Heinz M. Hiersig (Hrsg.): Lexikon Ingenieurwissen-Grundlagen. Springer Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-95765-9, S. 371 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  2. tec-science: Wärmeleitfähigkeit von Gasen. In: tec-science. 11. Januar 2020, abgerufen am 22. März 2020 (deutsch).