hydrodynamiken

Hydrodynamiken är studiet av vätskeflöden och rörelsen hos vätskor under påverkan av krafter. Den behandlar hur krafter driver rörelse, hur momentum och energi överförs i flytande medier, samt hur tryck och hastighet fördelas i olika geometrier. Hydrodynamiken är en gren av fluiddynamik och skiljer sig från hydrostatik, som studerar vätskor i vila.

I centrum för hydrodynamiken står bevarandelagarna för massa, momentum och energi. För en newtonsk vätska beskriver Navier–Stokes-ekvationerna momentumbalansen: ρ(Du/Dt) = -∇p + μ∇²u + f. Kontinuitetslikningen ∂ρ/∂t + ∇·(ρu) uttrycker massans bevarande. I många tekniska tillämpningar antas vätskan vara inkompressibel (ρ konstant) och ibland inviscid (μ ≈ 0), vilket leder till Euler-ekvationerna.

Viktiga begrepp inom hydrodynamik inkluderar potentialflöde (irrotationsflöde), viscös gränsskikflöde nära fasta ytor samt turbulens som uppstår vid höga Reynolds-tal. Reynolds-talet Re = ρUL/μ anger förhållandet mellan inertia- och viskoskrafter. För fritt yta dominerar gravitation och ytföremålsgrekin vågfenomen, medan interna flöden i rör och kanaler styrs av hydraulikens principer.

Tillämpningar av hydrodynamik omfattar fartygsdesign och marin arkitektur, offshore- och kustteknik, hydrodynamisk stabilitet hos fartyg, propellerutnyttjande, vågutbredning och propagering, samt beräkningsbaserade simuleringar med CFD. Experimentella metoder inkluderar flödesvisualisering, partikelbildspektrum (PIV) och tryckmätningar.

Historia inom fältet innefattar grundläggande arbete av Euler och Bernoulli på 1700-talet, följt av Navier och Stokes på 1800-talet och utvecklingen av beräkningshydrodynamik under senare delen av 1900-talet.