Fluidrörelser

Fluidrörelser avser rörelser hos vätskor och gaser när de utsätts för krafter. De beskrivs av ett hastighetsfält v(r,t) och kan vara laminar eller turbulent beroende på omständigheterna.

Grundläggande principer är bevarande av massa och momentum. Kontinuitetsekvationen beskriver massan i ett flöde, medan Navier–Stokes-ekvationerna beskriver hur krafter, tryck, viskositet och acceleration samverkar för att driva flytandet. Flöden kan vara inkompressibla eller kompressibla; viskositet ger inre friktion som dämpar rörelsen och formar flödesmönster. Externa krafter som gravitation och externa tryckfält påverkar också flödet.

Flöden delas ofta upp i laminar och turbulent. Laminar flöde kännetecknas av reglerade, parallella lager med liten mixing, medan turbulent flöde är kaotiskt och blandat, med många små och stora skjuvkrafter. Reynolds tal (Re = ρ v L / μ) används för att bedöma övergången mellan dessa tillstånd. Andra dimensionlösa tal, till exempel Mach-talet i kompressibla flöden, är relevanta i olika sammanhang.

Fenomen kopplade till fluidrörelser inkluderar gränsskikt vid gränsen mellan vätska och väg, tryck- och hastighetsfält, drag och motstånd, samt ytspänning och kapillärkrafter som uppträder i småkanaler. Flöden kan vara stratifierade i olika lager på grund av densitetsvariationer och gravitation.

Studier av fluidrörelser sker genom experiment och modellering. Experimentella metoder som partikelbildering (PIV) och spårpartiklar används för att mäta hastigheter och flödesstrukturer. Analytiska lösningar finns i idealiserade fall (till exempel Poiseuille- eller Couette-flöden), medan modern forskning ofta använder numerisk simulering av fluiddynamik (CFD).

Användningsområden inkluderar rör- och ventilationssystem, maskindesign, flyg- och fordonsindustrin, meteorologi och oceanografi, samt biomedicin, där blodflöden undersöks och modelleras.