Hydrodynaamisia

Hydrodynaamiset ilmiöt ovat nesteiden liikkeeseen ja vuorovaikutuksiin liittyviä ilmiöitä, joita tutkitaan hydrodynaamisessa mekaniikassa. Tieteenalan keskeinen tavoite on ymmärtää, miten nesteen paine, nopeus ja viskositeetti vaikuttavat toisiinsa sekä ympäristön muotoon. Peruslainsäädäntöinä ovat massan ja liikemäärän säilyminen sekä energian säilyminen; näiden pohjalta johdetaan jatkuvuusyhtälö ja Navier–Stokes -yhtälöt, joilla kuvataan nesteen liike. Incompressible flow -tilanteissa tiheys oletetaan vakiona, kun taas viskoosiset nesteet vaativat Navier–Stokes -yhtälöiden täsmällisen soveltamisen.

Potentiaalivirtadynamiikassa tarkastellaan pyörimättömiä virtausyksiköitä, joissa virtausta voidaan kuvata potentiaalifunktion avulla; tällöin ratkaisut voivat johtaa Laplacen yhtälön ratkaisemiseen. Reynoldsin luku R on keskeinen mittari, joka kuvaa inertian ja viskositeetin välistä suhdetta; matalat luvut suosivat laminaarista virtausta, suuret luvut voivat johtaa turbulenssiin.

Tutkimusmenetelmät ovat sekä teoreettisia että kokeellisia. Yleistyneet laskentamenetelmät, kuten CFD, tarjoavat numeerisia ratkaisuja monimutkaisille virtaustilanteille. Kokeellisia tekniikoita ovat virtausmittaukset, partikkeli-image velocimetry (PIV) ja muiden visuaalisten menetelmien käyttö.

Sovelluksissa hydrodynaamisia hyödynnetään laivojen ja alusten muotoilussa, vedenalaisten rakenteiden kuormituksen arvioinnissa sekä virtausten hallinnassa liftin ja dragin optimoimiseksi. Hydrodynaamisia on keskeinen osa sekä tekniikkaa että luonnontiedettä.

Historia ulottuu antiikin ajoista: Archimedes, Bernoulli sekä myöhemmin Navier ja Stokes ovat kehittäneet perusmalleja, joita nykypäivän hydrodynaaminen tutkimus laajentaa CFD:n ja kokeellisten menetelmien avulla.