Hydrodynamik

Hydrodynamik beschäftigt sich mit dem Verhalten von Flüssigkeiten in Bewegung und den Kräften, die auf sie wirken. In der Fachterminologie wird sie oft als Teil der Strömungsmechanik gesehen; Gasströme werden in der Gasdynamik behandelt, während Unterschiede auftreten, wenn Flüssigkeiten kompressibel werden. Grundlegend geht es um die Beschreibung der Massen-, Impuls- und Energieübertragung in Fluiden.

Die Dynamik eines Fluidelements wird durch die Kontinuitätsgleichung (Massenbilanz) und die Bewegungs- bzw. Impulsgleichung beschrieben. Für ideale, reibungslose und inkompressible Fluide führen die Euler-Gleichungen zur Bernoulli-Gleichung, einer Beziehung zwischen Druck, Geschwindigkeit und Höhe. Reale Fluide weisen Viskosität auf; hier kommen die Navier-Stokes-Gleichungen zum Einsatz. Die Reynolds-Zahl klassifiziert Strömungen in laminar oder turbulent; weitere Unterschiede ergeben sich durch Kompressibilität.

Typische Modelle reichen von idealisierten Strömungen (potential flow) bis zu komplexen, turbulenten Strömungen, die numerisch mit Computational Fluid Dynamics (CFD) gelöst werden. In der Praxis werden hydrodynamische Prinzipien in der Technik, Biologie, Geophysik und Umweltwissenschaften genutzt.

Anwendungen umfassen Aerodynamik von Fahrzeugen, Schiff- und Rohrleitungsströmungen, Pumpen, Turbinen, Blutfluss in Gefäßen und Meeresströmungen. Experimentell werden Messungen in Windkanälen, Wasserkanälen und durch Bildgebungstechniken durchgeführt.

Historisch wurden die Grundlagen von Archimedes, Bernoulli, Euler, D'Alembert, Navier und Stokes entwickelt; die moderne Hydrodynamik verbindet theoretische Modelle mit numerischen Methoden.