kaasudynamiikka

Kaasudynamiikka on fluididynamiikan osa-alue, joka tutkii kaasujen liikettä ja tilamuutoksia virroissa. Se keskittyy erityisesti kompressiivisiin virtauksiin, joissa tiheyden, paineen ja nopeuden vaihtelu on merkittävää. Käytännössä kaasun käyttäytymistä kuvataan idealikaasun tilayhtälön sekä adiabattisen prosessin avulla.

Keskeisiä peruslait ovat massan säilyminen, liikemäärän säilyminen ja energian säilyminen. Näistä seuraa kontinuitti-, Euler- tai Navier–Stokes -yhtälöt sekä tilayhtälö p = ρ R T. Ideaalikaasun tapauksessa äänen nopeus on a = sqrt(γ p/ρ) ja Machin luku M = v/a. Isentropisissa virtauksissa s pysyy vakiona.

Merkittäviä ilmiöitä ovat shokit ja laajennusfanit; normaalit ja vinoiskut sekä rajapintojen äkillinen muutos. Supersonisissa virtauksissa paine- ja nopeusvaihtelut muodostavat shokkirajoja, jotka voidaan kuvata Rankine–Hugoniot-oloin. 3D- ja viskositeetin vaikutus vaativat usein Navier–Stokesin laskelmia.

Analyyttiset ratkaisut ovat yleisiä 1D- ja isentropisissa malleissa, mutta epälineaariset ja monimutkaiset virtaukset ratkaistaan usein CFD:n avulla.

Sovellukset kattavat lentokoneiden ja rakettien aerodynamiikan, suihkuturbiinit sekä kaasun siirron ja prosessigrafiikan suunnittelun. Kaasudynamiikka on keskeinen työkalu sekä teoreettisessa tutkimuksessa että käytännön suunnittelussa korkeiden nopeuksien virroissa.