Fluidflöden

Fluidflöden avser rörelsen hos vätskor och gaser inom ett system. Inom fysik och ingenjörsvetenskap studeras fluiddynamik hur fluider rör sig och vilka krafter som verkar på dem. De grundläggande principerna är conservation av massa, momentum och energi. Flödeshastighet och mängd beskrivs ofta som volymflöde (kubikmeter per sekund) eller massflöde (kilogram per sekund).

Inom slutna ledningar dominerar viskösa krafter och tröghet, vilket kan ge laminar eller turbulent flöde. Laminar flöde är smidigt och ordnat, medan turbulent flöde är kaotiskt och blandar vätskan. Övergången mellan dessa regime bestäms ofta av Reynolds talet, en dimensionlös parameter som relaterar tröghet till viskositet och karakteristisk längd och hastighet.

Governing av fluidflöden styrs av Navier–Stokes-ekvationerna för Newtonska vätskor. Under vissa förhållanden förenklas de till Bernoullis ekvation eller till flödesförluster i rör genom Darcy–Weisbach-ekvationen. För icke-Newtonska vätskor varierar viskositeten med shearrate. Gränsvillkor som no-slip vid solidytor är vanliga förväxlade system.

Mätning och analys av fluidflöden innefattar flödesmätare (turbinemätare, Coriolis-, ultraljudsmätare) och pitotrör. Öppna kanalflöden beskrivs ofta med Manning- eller Chezy-ekvationer. Computational Fluid Dynamics (CFD) används för simuleringar, medan experimentella metoder som partikelbildanalys och tracerstudier används för att verifiera modellernas precision.

Användningsområden inkluderar hydraulik, aerodynamik, uppvärmning och kylning, kemisk processdesign, biomedicin samt atmosfäriska och oceanografiska flöden.