Fluidodynamiikka

Fluidodynamiikka on nesteiden ja kaasujen liikkeen sekä niihin vaikuttavien voimien tutkimus. Se kuuluu jatkuvuusmekaniikan alaan ja pyrkii kuvaamaan sekä staattisia että liikkuvia virtaustiloja sekä niiden aiheuttamia paine-, voima- ja virtauksentapahtumia. Tärkeä tavoite on malleilla ennustaa, miten virtaukset käyttäytyvät erilaisissa ympäristöissä ja käyttökohteissa.

Peruslaeista muodostuvat virtausyhtälöt: massan säilyminen johtaa jatkuvuusyhtälöön, liikemäärän säilymisen kuvaavat Navier–Stokesin yhtälöt (viskoosit käytössä ja ilman) ja energian säilyminen huomioi lämmönsiirron sekä työn. Eräissä tilanteissa fluidi voidaan käsitellä invisiidinä Eulerin yhtälöillä, jolloin viskositeetti on oletuksena nolla, ja Bernoullin periaate sovellettavissa tietyissä tasaisissa tai ohivirtaavissa oloissa. Näiden avulla voidaan arvioida paineen, nopeuden ja tiheyden muuttumista.

Tyypit ja mallit: fluidodynamiikassa erotetaan in- ja kompressiolliset virtaukset, laminaarinen ja turbulentti virtaus sekä Newtonian- ja ei-Newtonian nesteet. Rajakerroin ja boundary layer -käsite ovat keskeisiä pintojen vaikutusten ja lämmön-/liikemääränsiirron ymmärtämiseksi.

Mittaus- ja laskentamenetelmät: analyyttinen ratkaisu käy riittämättömässä tapauksessa, jolloin käytetään numeerista simulointia (CFD) ja kokeellisia menetelmiä (esim. PIV). Yhteiskäyttöönsä fluidodynamiikka tarjoaa malleja ilman, hydrauliikan, meteorologian, merisää, biofluidien sekä monien teollisten prosessien suunnitteluun.

Historiaan kuuluvat sisällöllisesti Bernoullin, Eulerin sekä Navierin ja Stokesin työn kautta kehittyneet peruslauseet, joiden myötä moderni jatkuvuusmekaniikka on muodostunut.