hydrodynaamisen

Hidrodynaaminen eli hidrodynamiikka on nesteiden ja kaasujen liikkeen sekä niiden vuorovaikutusten tutkimusta. Se kuuluu fluididynamiikan alaan ja kattaa virtausten kuvaamisen sekä paineen, tiheyden ja viskositeetin roolin sekä niitä vaikuttavat voimat kuten gravitaatio ja ilmanpaine. Tutkimuksen kohteena ovat sekä ratkaisut pienissä että suurissa virtausjärjestelmissä aina luonnontieteellisistä ilmiöistä teknisiin sovelluksiin asti.

Keskeisiä käsitteitä ovat virtausnopeusvektori, paine, tiheys ja viskositeetti. Virtausjaot tehdään usein laminaariseen ja turbulenttiin, joita erottaa Reynolds-luku. Ideaalisissa, invisiivisissa nesteissä voidaan käyttää potentiaalivirtausta, mutta todelliset nesteet ovat viskooseja ja vaativat Navier–Stokesin yhtälöt virtausten kuvaamiseen. Näihin liittyvät myös rajakerroksen teoria ja erilaisten virtausmallien valinta tilanteen mukaan.

Matemaattisesti hidrodynamiikan malli perustuu continuum-mekaniikkaan. Neste määritellään paikallisesti muuttuvilla ominaisuuksilla, ja virtausta kuvataan eikä, kuten yksinkertaistetussa mallissa, vain kappaleiden liikkeellä. Yleisin yleinen malli on Navier–Stokesin yhtälöt; Eulerin yhtälöt kuvaavat ideaalista, viskositeetittömän nesteen virtausta. Numeeriset menetelmät, kuten CFD ( Computational Fluid Dynamics), sekä kokeelliset menetelmät, kuten virtausohjaus ja PIV-tekniikka, mahdollistavat monimutkaisten virtausten analysoinnin.

Hidrodynaaminen tutkimus vaikuttaa moniin käytännön aloihin: lentokoneiden ja autojen muotoilu, laivojen hydrodynamiikka, hydrauliikka, ympäristötekniikka sekä biolääketieteen ja biologisten virtausten tutkimus. Haasteina ovat tummemmat turbulenssin tarkat kuvaukset ja kolmen ulottuvuuden, aikaperusteisen dynamiikan ratkaisuongelmat, joihin liittyy edelleen avoimia matemaattisia ja käytännön kysymyksiä.