Geschwindigkeit in der Werkstoff- und Prozessdynamik

Geschwindigkeit (velocity) bezeichnet vektoriell die zeitliche Änderungsrate des Ortes eines Massen- oder Volumenelements. In der Werkstofftechnik ist sie eine zentrale Größe zur Beschreibung dynamischer Prozesse in Festkörpern, Flüssigkeiten und Mehrphasen­systemen.

In strömenden Medien beschreibt die Geschwindigkeit des Fluids die Konvektion von Wärme, Masse und Impuls. Die lokale Strömungsgeschwindigkeit bestimmt Schergradienten, Turbulenzintensität sowie transportlimitierte Reaktions- und Erstarrungsraten. Hieraus leitet sich die Schiebegeschwindigkeit (Scher- bzw. Schergeschwindigkeit) als räumliche Ableitung der Geschwindigkeitskomponente entlang der Scherrichtung ab. Sie ist maßgeblich für viskoelastisches und plastisches Fließverhalten, etwa bei Polymerextrusion oder Metallumformung.

In Mehrphasen- und Partikelsystemen ist zwischen Fluid- und Partikelgeschwindigkeit zu unterscheiden. Die relative Geschwindigkeit definiert Schleppkräfte, Sedimentations- und Auftriebsverhalten sowie Kollisionskinetik in Suspensionen, Pulvern und Fluidisierten Betten. Diese Größen gehen direkt in Kontinua- und Diskretmodelle (z. B. CFD, DEM) ein.

In Festkörpern charakterisieren Geschwindigkeiten von Versetzungen, Rissspitzen oder Phasengrenzen die Kinetik von Kriech-, Bruch- und Phasenumwandlungsprozessen. Insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsbelastungen (Schock, Impact) sind materielle Geschwindigkeiten im Vergleich zu Schallgeschwindigkeiten entscheidend für Wellenphänomene und Adiabate.

Präzise Definition und Messung von Geschwindigkeiten (z. B. Laser-Doppler-Anemometrie, Hochgeschwindigkeitsbildgebung) sind daher grundlegend für die quantitative Beschreibung und Simulation werkstofftechnischer Prozesse.

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