Fluididynamiikka

Fluididynamiikka on fysiikan ja tekniikan ala, joka tutkii nesteiden ja kaasujen liikkumista sekä niihin kohdistuvia voimia. Se käsittää sekä liikemäärän säilymiseen ja energian siirtymiseen liittyvät ilmiöt että vuorovaikutukset liikkuvien nesteiden ja kiinteiden pintojen välillä. Yleensä fluididynamiikassa tarkastellaan sekä tiheydeltään muuttuvia että muuttumattomia virtauksia sekä viscous- että inviscidifluideja.

Pääsääntöiset peruslait ovat massan ja liikemäärän säilymä sekä energian säilyminen. Tiheydeltään muuttuvassa (kompressiivisessa) virrauksessa tiheys voi muuttua paineen ja lämpötilan muuttuessa, kun taas tiheydeltään muuttumattomassa virrauksessa (incompressible flow) tiheys pysyy likimääräisesti vakiona. Yleensä käytetään Navier–Stokes-yhtälöitä kuvaamaan viskoosisten nesteiden ja kaasujen liikkeet sekä Eulerin tai Bernoullin käsitteitä potentiaalivirroissa. Reuna- ja rajapinnat sekä ilman aiheuttamat kitka- ja dynaamiset vaikutukset ovat keskeisiä.

Keskeisiä käsitteitä ovat Reynolds-luku, joka kuvaa viskoosin vaikutuksen ja inertian tasapainoa virtauksessa, sekä reunakerros, jossa nesteen ominaisuudet muuttuvat merkittävästi sen pinnan tuntumassa. Turbulentti virtaus on epälaminaarista ja epäorgaanista, minkä mallintaminen vaatii erityisiä turbulenssimallinnuksia. Fluididynamiikkaa sovelletaan laajasti ilmailussa, auto- ja rakennusteollisuudessa, meri- ja ilmastotieteissä sekä monissa muissa teknisissä ja luonnonilmiöihin liittyvissä aloissa. Tietokonesimuloinnilla (CFD) ratkaistaan monimutkaisia virtausongelmia, joita analyyttiset ratkaisut eivät tavoita. Historiaan kuuluvat merkittävät työt Bernoullista, Eulerista, Navierista, Stokesista ja Prandtlista, joiden panokset muovasivat simulaatioita ja kokeellista lähestymistapaa.