Turbulent Flows
Pope
Turbulent Flows
Von Stephen B. Pope.
Cambridge University Press, Cambridge 2000. XXXIV + 771 S., paperback, £ 29.95.
ISBN 0-521-59886-9
Welches Buch soll man Studenten für eine Physik-Vorlesung "Turbulenz" empfehlen? Ich stand zweimal vor dem Dilemma: Der Landau-Lifschitz, Band 6, "Fluid Dynamics", ist m. E. zwar immer noch das Lehrbuch für die Physik der Fluide im Allgemeinen, aber Turbulenz wird nicht hinreichend behandelt. Das Standardwerk von Tennekes-Lumley von 1972 ist sicher nicht mehr zeitgemäß, die Monographie von Monin-Yaglom (1975) zu umfangreich und nicht mehr erhältlich, das Buch von Uriel Frisch (siehe Siegfried Groß manns Buchbesprechung in den Phys. Bl., Juni 1996, S. 583) zu speziell ausgerichtet auf die Frage der Intermittenz.
Seit vier Monaten ist das Dilemma aufgelöst: Stephen Popes "Turbulent Flows" wird das vorlesungsbegleitende Standardlehrbuch für Turbulenz sein. Es ist basiert auf Popes Turbulenzvorlesung in Cornell. Das Buch beginnt (natürlich) mit den Navier-Stokes-Gleichungen. Danach werden statistische Konzepte und ihre Notwendigkeit zur Beschreibung der Turbulenz eingeführt. Das folgende Kapitel über freie Scherströmungen ist für sich alleine schon ein Meisterwerk zum Thema "Selbstähnlichkeit in der Fluiddynamik". Es folgen die beiden "Klassiker" der Turbulenztheorie, nämlich homogene, isotrope, vollentwickelte Turbulenz mit den berühmten Kolmogorov-Hypothesen und ihren Limitierungen (Intermittenz), sowie Prandtls Theorie der turbulenten Grenzschicht. Pope geht immer von den experimentellen Beobachtungen aus, die in schön ausgearbeiteten Figuren dargestellt sind, und entwickelt dann die Theorien.
Der zweite Teil des Buches "Modelling and Simulations" macht zunächst die Notwendigkeit numerischer Simulationen und ihre Begrenzungen deutlich, beginnend mit der berühmten Grafik Computergeschwindigkeit (also mögliche Reynolds-Zahl) versus Jahr. Nach einem Kapitel über DNS (direct numerical simulations) folgen Kapitel zu u.a. Reynolds-stress models, PDF models und LES (large eddy simulations), die besonders für ingenieurswissenschaftlich interessierte Leser relevant sind. Das Buch schließt mit didaktisch sehr gut aufbereiteten Anhängen zu verschiedenen Themen; herausheben möchte ich den Anhang über Diffusionsprozesse.
Zwei wichtige Themen haben in diesem einsemestrigen Kurs keine Berücksichtigung finden können: der Turbulenzübergang und die Messmethodik. (In meiner Vorlesung habe ich diese Themen trotzdem aufgenommen und dafür bei der Modellierung gekürzt.)
Last but not least: Das Buch enthält die größte mir bekannte Übungsaufgabensammlung zur Turbulenz. Diese Sammlung ist eine Schatztruhe, und so kann jeder Leser selbst kontrollieren, ob er den Stoff verinnerlicht hat.
Zusammenfassend: Ein brilliantes Buch!
Prof. Dr. Detlef Lohse, Lehrstuhl für Physik der Fluide, Universität Twente, Enschede/NL
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