Paradoxe Phänomene
Die Physik ist voller Phänomene und paradoxer Erscheinungen. Es ist höchst erstaunlich, mit welcher Lässigkeit die Wissenschaft solche ungeklärt im Raum stehen lässt. Dabei bieten doch gerade diese Ungereimtheiten entscheidende Ansätze, das Wesentliche erkennen und verstehen zu können.
In der Strömungslehre ist beispielsweise unerklärlich, warum ein Fluid großer Viskosität (z.B. Luft) nur mit großem Aufwand durch ein Rohr zu fördern ist. Selbst hoher Druck bringt kaum oder keinen Durchsatz zustande, wenn das Rohr nur lang bzw. dünn genug ist. Die gängige Erklärung ist, dass ´natürlich´ die Reibungsverluste schuld daran sind, dass ´unvermeidbar´ Energie in Form von Wärme verloren geht.
Gerade an diesem Beispiel wird deutlich, dass diese Begründung nicht stimmig sein kann. Problemlos könnte man das Rohr so isolieren, dass keine Wärmeabgabe nach außen möglich ist. Der Durchsatz wäre ebenso gering oder noch schlechter.
Das Problem ist vielmehr ein strukturelles bzw. organisatorisches. Der herkömmliche Ansatz, Fluid per Druck linear durch Rohre pressen zu wollen, ergibt zwangsläufig ein selbstblockierendes System. Die Natur dagegen offenbart, in welchen Strukturen die Fluidströmung optimal zu organisieren ist und selbstbeschleunigende Systeme der Normalfall sind.
Modell der Molekularbewegungen
Die Moleküle eines Fluids bewegen sich bekanntlich in chaotischer Weise. Bei einer zwei-dimensionalen Darstellung wird sich ein Molekül aufgrund der nächsten Kollision in alle Richtungen mit gleicher Wahrscheinlichkeit bewegen (Skizze 1, A). Stellvertretend für diese Bewegungsmöglichkeiten können zwei diametrale Richtungen betrachtet werden (Skizze 1, B). Wenn das Fluid strömt, so ist diesen potentiellen Bewegungen eine Komponente in die generelle Strömungsrichtung aufgeprägt (Skizze 1, C). Je schneller die Strömung, desto steiler nach vorn weisen diese stellvertretenden Bewegungsmöglichkeiten (Skizze 1, D und E).
Räumlich gesehen weist damit die Hälfte aller Bewegungsmöglichkeiten in einem relativ kleinen Kugelausschnitt nach vorn, also innerhalb eines spitzen Kreiskegels in positive Richtung im Sinne der Strömung. Die andere Hälfte verteilt sich auf die größere, restliche Anzahl aller Richtungen, zum Teil ebenfalls noch in positive Richtung oder neutral zur Seite hin und nur eine Minderheit in rein negative Richtung weisend.
Daraus ergibt sich unmittelbar, dass in einer schnellen Strömung die Kollisionen weniger schädlich sind hinsichtlich der generellen Strömungsrichtung und dass die Moleküle dabei relativ dicht beisammen fließen können. Mittelbar ergibt sich daraus auch die bekannte Ablenkung stets hin zur schnelleren Strömung.
Fluid in Rohren
Bei Kollision eines Moleküls (Skizze 2, A) mit der Rohrwandung verfängt sich dieses in der stets relativ rauen Oberfläche. Es ist allgemein anerkannt, dass dort die Geschwindigkeit in Strömungsrichtung gleich null ist. Nach gängiger Anschauung wird aufgrund dieser Reibung in der Rohrwandung Wärme erzeugt. Wenigstens zum Teil würde diese wieder senkrecht ins Rohr zurück strahlen.
Hier wird allerdings die Meinung vertreten, dass dieses Molekül (Skizze 2, B) letztlich mit seiner Molekular- plus Strömungsgeschwindigkeit (abzüglich eines verschwindend kleinen Betrages Wärmeabstrahlung nach außerhalb des Rohres) in Summe senkrecht in Richtung Rohrmitte zurück geworfen wird. Wenn dieses Molekül (Skizze 2, C) nun erneut mit einem parallel zur Rohrwandung fließenden Molekül kollidiert, wird die generelle Stromrichtung zur Rohrmitte hin abgelenkt.
Im Sinne obigen Modells potentieller Molekularbewegungen entsteht damit ein neuer, asymmetrischer Bewegungstyp (Skizze 1, F). Dieser zeigt die nach vorwärts reduzierte (Strömungs-) Geschwindigkeit und dementsprechend eine in Richtung Rohrmitte verstärkte (Druck-) Komponente.
Von der gegenüberliegenden Rohrwandung geht analoge Wirkung aus. Mit jeder Reflektion wird die Vorwärtsströmung weiter reduziert und die Querströmung intensiviert, womit ein selbst-sperrendes System gegeben ist (Skizze 3, A).
Anhand dieses Modells potentieller Molekularbewegungen lassen sich alle bekannten Erscheinungen der Fluidströmung in Rohren erklären (anfangs mittig laminare Strömung, Ausbildung der Grenzschicht, Abreißen, Wirbelbildung, turbulente Strömung, Reibung proportional zur Länge und umgekehrt proportional zum Durchmesser des Rohres, zu geringer Durchsatz in Relation zur Viskosität).
Potentialdrallströmung
Die Natur versucht niemals, Fluid linear zu bewegen sondern stets spiralig (Skizze 3, B). Wenn man die Kanten eines karierten Papiers etwas versetzt zu einer Röhre formt (Skizze 3, C), lassen sich jeweils nach innen-vorwärts gekrümmte Bahnen leicht erkennen.
Diese Drallströmung erfordert eine ständige Umlenkung und eben das bewirkt die Reibung an der Wandung. Die daraus resultierende Druckkomponente weist senkrecht zur Strömung. Bei diagonalem Bahnverlauf wird damit das Fluid ständig zurück geworfen auf die gewünschte Spiralbahn. Die Reibung hat damit keine negativen Konsequenzen sondern wirkt positiv im Bewegungssinne.
Das Fluid wird dabei stets in gleiche Richtung ´gebürstet´, woraus sich eine geordnete Bewegungsstruktur ergibt. Damit sind Kollisionen innerhalb dieser Strömung relativ unschädlich und die Moleküle können relativ dicht beisammen fließen. Der Druck ist stets nach innen-vorwärts gerichtet, womit sich eine Beschleunigung der inneren Stromlinien entsprechend einem Potentialwirbel ergibt. Dieser kann sich nur intensiv ausbilden, wenn zugleich eine axiale Bewegung möglich ist. Eben das ist Sinn der Fluidförderung in Rohren.
Fluid bewegt sich prinzipiell in spiraligen oder ein- und ausrollenden Bahnen, weil diese Bewegungsform den Weg des geringsten Widerstandes darstellt und zudem selbststabilisierend bzw. selbstbeschleunigend ist.
Fluid-Technik
Im Prinzip ergibt sich diese Bewegungsform am Auslauf der berühmten Badewanne automatisch. In der Evert-Fluid-Technologie wurde diese Strömung zuzüglich einer äußeren Rollschicht als Potentialdrallströmung bezeichnet. Diverse Konstrukte sind dort dargestellt, vom Behälterauslauf bis zur Düse. Besondere Bedeutung kommt dem Mischen solch geordneter Strömungen zu, bei welchem sich die gesamte kinetische Energie addiert (anstelle der üblichen Durchschnittsbildung).
Rohrbogen haben ganz besondere Bedeutung. Bei konventioneller Bauart reißt innen die Strömung ab und turbulente Strömung mit entsprechendem Widerstand ist garantiert. Wenn jedoch am Beginn des Bogens eine Drallströmung anliegt und während des Bogendurchlaufes das Fluid eine volle Drehung absolviert, sind alle Stromlinien gleich lang (Skizze 4, A). Die Strömung kann damit stabil bleiben.
Zudem sind dann die inneren Strombahnen stets kürzer als die äußeren (Skizze 4, B). Mittig fließt damit das Fluid schneller durch den Bogen als außen. Damit sind alle Voraussetzungen gegeben zur Ausbildung der Potentialdrallströmung.
Anstelle von Reibungsverlusten ist dann die Strömung nach dem Bogen in einem höheren Maße geordnet als zuvor. Anteile der kinetischen Energie der ansonsten chaotischen Molekularbewegung werden damit Bestandteil der innerhalb der Strömung wirksamen kinetischen Energie. Mit dieser Technik ist bei geringerem Energieaufwand schlicht und einfach ein wesentlich höherer Durchsatz gegeben.
Blutkreislauf
In der Physik wie in der Medizin wird der zweckmäßigen Struktur fester oder organischer Körper viel Bedeutung zugemessen. Es wird kaum beachtet, dass auch Fluidbewegung eine Struktur aufweist, wenngleich oftmals nur eine flüchtige.
Nach diesen Überlegungen erstaunt es keinesfalls, dass im Zusammenhang mit der Blutströmung stets spiralige Bewegungsstrukturen erkannt werden. Ein klarer Hinweis auf die Potentialdrallströmung ist beispielsweise, dass die relativ schweren roten Blutkörperchen sich mittig sammeln bzw. fließen. Die Falten der Arterienwandung sind nicht zufällig spiralig angeordnet. Die Form der Strömung bestimmt vielmehr die Gestalt der Gefäße und wird ihrerseits durch deren Formgebung intensiviert.
Dies gilt besonders für alle Bogen im Blutkreislauf, welche automatisch eine höhere Ordnung der Strömung ergeben. Die daraus resultierende Beschleunigung basiert auf der unbegrenzt verfügbaren kinetischen Energie der normalen Molekularbewegung. Nur durch sinnvolle Organisation der Bewegungsabläufe erhält die Strömung die zweckmäßige Struktur. Wenngleich dieser höhere Grad von Ordnung nur flüchtig sein mag, bedeutet dies unmittelbar ein Mehr an Energie.
Im Blutkreislauf ist häufig die Nutzung des Soges zu erkennen, wie beispielhaft in obiger ´Segel-Theorie´ dargestellt. Jede Erweiterung der Blutbahn in Verbindung mit gekrümmten Wandungen und Drallströmung erzeugt Sogbereiche, in welche wiederum die Blutbestandteile mit Molekulargeschwindigkeit fallen können.
Die Herzklappen werden oftmals direkt verglichen mit Segeln. Durch sie wird beim Einlass wie beim Auslass vorrangig Drallströmung erzeugt. Das Herz fördert nicht mit einem Schlag sein gesamtes Volumen, wie jede ordentlich gebaute Pumpe. Vorrangig ist vielmehr, dass auch bei minimalem Volumen die rotierende Strömung erhalten bleibt. Der Ausstoß ähnelt einem ´Auswringen´, also wiederum einer Spiralbewegung.
Das Herz gibt offenbar nur einen Impuls, wobei vorwiegend nur eine bestehende Drallströmung verstärkt wird, was relativ wenig Energie erfordert. Der nachfolgende Aortenbogen besorgt automatisch eine Beschleunigung in axialer Richtung.
Ein Teil der geheimnisvollen Kraft des Blutkreislaufes kann also durch bekannte Erscheinungen der Potentialwirbel erklärt werden. Ein weiterer Teil basiert auf der kinetischen Energie normaler Molekularbewegung, welche mittels Potentialdrallströmung in eine nutzbare Struktur gebracht wird. Darüber hinaus bleibt das Blut ein besonderer Saft.