Vätskedynamik

Vätskedynamik är läran om rörelsen hos vätskor och de krafter som verkar på dem. Den omfattar både flytande vätskor och gaser, eftersom gaser uppvisar liknande dynamik i praktiken. Flöden studeras i rör och kanaler, i hav och atmosfärer, samt i biologiska och tekniska system.

Grundläggande principer är bevarandet av massa och momentum. För Newtonska vätskor ges flödet av Navier–Stokes-ekvationen: ρ(∂u/∂t + u·∇u) = -∇p + μ∇²u + f. För inkompressibla flöden gäller ∇·u = 0. Invänd vätskor utan viskositet följer Euler-ekvationerna. Bernoullis ekvation används under vissa antaganden för att koppla samman tryck och hastighet längs en strömlinje.

Viktiga begrepp är Reynolds-tal, Re = ρUL/μ, som skiljer laminära från turbulenta flöden, samt dimensionerna Fr och Sc som beskriver respektive påverkan av gravitation och diffussion. Gränsskikt där viskositet är viktig studeras också, och ytspänning behandlas i kapillärverkan.

Metoderna inkluderar analytiska lösningar för förenklade fall, experimentella mätningar och numerisk simulering genom CFD (computational fluid dynamics). Vätskedynamik används inom vattenkraft, hydraulik, flyg- och bilindustri, oceanografi, meteorologi och biomedicin.

Historiskt har området utvecklats av forskare som Euler, d’Alembert, Navier och Stokes, vars arbete till stor del formade modern vätskedynamik.