hydrodynamiikasta

Hydrodynamiikka on nesteiden liikkeen sekä niihin vaikuttavien voimien ja rajapintojen ilmiöiden tutkimus. Termi juontaa nimensä kreikan sanoista hydor (vesi) ja dynamis (voima). Se kattaa sekä perusilmiöiden teorian että käytännön sovellukset teollisuudessa, ympäristössä ja biologiassa.

Matemaattisesti hydrodynamiikan keskeiset lait ovat kontinuaatiyhtälö (massan säilyminen) ja liikemääräyhtälö, joiden yleinen muoto on Navier–Stokes -yhtälö. Viskositeettia sisältävä malli kuvaa todellisia nesteitä; inviscid-malleissa voidaan käyttää Eulerin yhtälöitä. Incompressible-flow -mallinnuksessa nesteen tiheys oletetaan vakio, kun taas compressible-flow huomioi tiheyden muutokset.

Virtausta voidaan tarkastella laminaarisena tai turbulenteena; Reynoldsin luku mittaa inertian ja viskositeetin suhteellista merkitystä. Prandtin boundary layer -käsitteet kuvaavat ohuen viskoosikerroksen roolia pintaan nähden sekä paine- ja nopeusjakautumaa ja virtauserkanemista. Potentiaalivirtaus tarjoaa yksinkertaisia ratkaisuja, joissa Bernoullin periaate soveltaa. Erkaneminen ja kolari voivat vaikuttaa kokonaisvirtausten paineilmiöihin.

Sovelluksiin kuuluvat laivojen ja alipainemallien muotoilu, hydrauliset järjestelmät sekä ympäristövirtojen analyysi. Tutkimusmenetelmiin kuuluvat analyyttiset ratkaisut, kokeelliset mittaukset (virtauskuvaus, PIV) sekä numeerinen simulointi (CFD). Hydrodynamiikan historiaan liittyvät Eulerin, Navierin ja Prandtin työn kautta syntyneet perusmallit ja boundary layer -teoria.