Hydrodynamiek

Hydrodynamiek is het deelgebied van de vloeistofdynamica dat zich bezighoudt met vloeistoffen in beweging en de krachten die op vloeistoffen inwerken. Het onderzoekt hoe stromingen ontstaan, veranderen en verdwijnen en hoe vloeistoffen interageren met vaste oppervlakken en andere vloeistoffen.

De fundamentele wetten zijn de continuïteitsvergelijking (massabehoud) en Newtons tweede wet toegepast op een vloeistofdeeltje. Voor Newtoniaanse vloeistoffen leidt dit tot de Navier–Stokes-vergelijkingen: rho Dv/Dt = -∇p + μ∇^2 v + f, met de voorwaarde ∇·v = 0 bij incompressibele stroming. Bij inviscide, irrotationale stroming kan de Bernoulli-vergelijking worden toegepast. In de praktijk spelen viscose krachten en grenslagen een cruciale rol bij realistische stromingen.

Belangrijke concepten zijn onder meer de Reynoldsgetal, dat de verhouding tussen inertie en viscositeit aangeeft; hoge Reynoldsgetallen treden vaak op bij turbulente stromingen. Stroming kan laminar of turbulent zijn; turbulente stroming vereist vaak statistische of numerieke beschrijving. Vermelde modellen omvatten potentiaalstroom (irrotational en inviscid) en de grenslaagtheorie van Prandtl.

Toepassingen liggen onder meer in scheepsbouw en maritieme techniek, offshore engineering, hydraulische apparatuur, open-kanalstromingen, en biomechanica zoals bloedstroming. Methoden omvatten theoretische analyses, experimenten en numerieke simulaties (computational fluid dynamics, CFD); flowvisualisatie en metingen zoals PIV verbeteren de interpretatie.

Historisch gezien droegen Euler, Bernoulli, Navier en Stokes cruciale bijdragen aan het begrippenkader van de hydrodynamiek.