Vedelikudynamiika

Vedelikudynamiika ehk vedeliku dünaamika on teadusharu, mis tegeleb vedelike liikumise põhiseaduste ja jõudude ning nende mõju uurimisega. See hõlmab nii vedelike omaduste kui ka nende vooluteede kirjeldamist erinevates tingimustes, sealhulgas laminaarsete ja turbulentsete voolude analüüsi ning praktilisi rakendusi tehnilises ja looduslikus keskkonnas.

Põhilised seadused voolavate vedelike kirjeldamisel on massi säilimine ja liikumise võrrandid. Massi säilimise võrrand ehk kontinuitetivõrrand kirjeldab tiheduse ja kiiruse suhet ∂ρ/∂t + ∇·(ρv) = 0. Liikumist iseloomustab Navier–Stokes võrrand ρ(Dv/Dt) = −∇p + μ∇^2v + ρg, kus ρ on tihedus, v kiirus, p rõhk, μ viskoosus ja g keha jõud. Invise või ülekäsitava vedeliku korral kehtib Euler'i võrrand; incompressible vooludes on ∇·v = 0. Vedelike käitumist iseloomustavad ka koostisosad: Newtoni vedelikud järgivad Hooke’i lugu deformatsiooni ja viskoossuse vahel, samas mittelineaarsete või non-Newtoni vedelike käitumine võib sõltuda kiiruse gradendist (nt jäikus, terasparrovalised omadused).

Dimensioonilised arvud, nagu Reynoldsi number Re = ρUL/μ, Mach number Ma U/c ja Froude number Fr, iseloomustavad voolu režiimi (laminaarne vs turbulentsed ning vedeliku kiiruse ja dimensiivsete omaduste suhte). Vedelike dünaamika hõlmab nii invisiidsete kui viskoossete voolude analüüsi ning compressibility täpset käsitlemist.

Meetodid hõlmavad analüütilisi lahendusi, eksperimentaalseid tehnikaid ning arvutuslikku vedelkineetikat (CFD) finite volume, finite element või spectral meetoditega. Rakendused ulatuvad lennundusest ja kliimast kuni vereringe biomeditsiinis ning tööstuslike vedelike transporti ja protsessideni.

Ajalugu ulatub Bernoulli 1738. aasta töödest Euler’i ja Navier’i ning Stokes’i panuseni, mis lõpuks viis kaasaegsete Navier–Stokes’i võrrandite kujunemiseni.