fluidodynamiikassa

Fluidodynamiikka on nesteiden ja kaasujen liikkeen sekä liikettä ohjaavien voimien tutkimusta. Sen ala tarkastelee virtauskenttien ominaisuuksia, kuten nopeus- ja painejakaumia sekä näiden vuorovaikutusta kappaleiden ja rajapinnojen kanssa. Tutkimus kattaa sekä laminaariset että turbulentit virtaukset ja soveltaa näitä periaatteita monenlaisiin teknisiin ja luonnonilmiöihin.

Keskeiset periaatteet muodostuvat massan ja momentumin säilymisestä. Jatkuvuuslaki kuvaa massan säilymistä, ja Navier–Stokesin yhtälöt kuvaavat nesteen momentumin muutosta paineen, viskositeetin ja ulkoisten voimien vaikutuksesta. Invsiidissa virroissa käytetään Eulerin yhtälöitä. Reynolds-luku (Re) on mittari inertia- ja viskositeettivaikutusten suhteelle ja määrittelee, pysyykö virtaus laminaarisena vai siirtyykö turbulenssiin. Rajakerros on ohut alue virtaavan nesteen ja kiinnittyvän pinnan välissä, jossa nopeus muuttuu nopeasti.

Tutkimusmenetelmät jakautuvat analyyttisiin, kokeellisiin ja laskennallisiin lähestymistapoihin. Analyyttiset ratkaisut ovat mahdollisia yksinkertaisissa virtauksissa. Kokeelliseen fluidodynamiikkaan kuuluu virtausvisualisointi, paine- ja nopeusmittaukset sekä tekniikat kuten PIV-tekniikka. Laskennallinen fluidodynamiikka (CFD) hyödyntää numeerisia menetelmiä kuten finite volume, finite element ja finite difference -menetelmät virtauksien mallintamiseen.

Sovelluksina fluidodynamiikkaa käytetään ilmastoinnista ja ilmailusta energia-, rakennus- sekä auto-teollisuuteen, meteorologiaan ja hydrologiaan. Alalla yhdistyvät sekä perusfysiikka että insinöörinen suunnittelu eri kokoluokissa.