Vloeistofdynamica

Vloeistofdynamica bestudeert bewegingen van vloeistoffen en de krachten die op vloeistoffen inwerken, zoals druk, viscositeit en zwaartekracht. Het vakgebied zoekt naar algemene regels die stromingen beschrijven, of ze nu plaatsvinden in pijpen, rondom vleugels of in de atmosfeer. Het combineert wiskundige modellen, experimenten en numerieke berekeningen om inzicht te krijgen in snelheid, drukverdeling en de vorm van stromingen.

De basis wordt gelegd door de continuïteitsvergelijking en de Navier–Stokes-vergelijkingen. Voor een vloeistof met dichtheid ρ en snelheid v geldt de continuïteit ∂ρ/∂t + ∇·(ρv) = 0. De Navier–Stokes-vergelijking luidt ρ(Dv/Dt) = -∇p + μ∇²v + ρg, met Dv/Dt = ∂v/∂t + (v·∇)v. Voor inkompressibele vloeistoffen geldt ∇·v = 0.

Belangrijke concepten zijn viscositeit, compressibiliteit, laminair versus turbulent stroming en het Reynoldsgetal, dat de verhouding van iner­tie tot viskeuze krachten weergeeft. Voor ideale, onviskeuze vloeistoffen kan Bernoulli’s principe worden toegepast, wat de relatie tussen druk en snelheid beschrijft langs een stroompad. Turbulente stroming vereist modellen zoals RANS of LES bij numerieke berekeningen.

Toepassingen bevinden zich in de aerodynamica en het ontwerp van voertuigen, hydraulische systemen, meteorologie en oceaankunde, biomedische stromingsleer en industriële processen. Praktische analyses combineren experimenten met computational fluid dynamics (CFD) om stromingen te voorspellen en ontwerpen te optimaliseren.

Historisch gezien leverden Euler, Navier en Stokes de wiskundige basis, terwijl Bernoulli vroeg bijdroeg aan praktische principes. In de afgelopen decennia heeft de opkomst van krachtige computers CFD tot een routinematige ontwerptool gemaakt.