stromingsmodellen

Stromingsmodellen zijn wiskundige en computationele representaties van de beweging van een vloeistof of andere stromen binnen een afgebakend gebied. Ze beschrijven hoe eigenschappen zoals snelheid, druk en dichtheid in de ruimte en door de tijd veranderen, en worden gebruikt om stromingsgedrag te voorspellen en te analyseren. Meestal berusten ze op behoudslwetten voor massa en impuls en op constitutieve relaties die het materiaalgedrag vastleggen, zoals visciteit en turbulentie.

Er bestaan verschillende typen stromingsmodellen. Fundamentele modellen zijn gebaseerd op de Navier–Stokes-vergelijkingen. Reducerende of vereenvoudigde modellen behandelen stromingen in een- of twee dimensies (bijv. kanaalstroming of ondiepe waterlagen) of maken gebruik van vereenvoudigde formuleringen zoals potential flow. Turbulentiemodellen, waaronder Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS), Large Eddy Simulation (LES) en Direct Numerical Simulation (DNS), worden toegepast om de complexiteit van turbulente bewegingen te benaderen. In porie- en keuzestromen worden Darcy- of Forchheimer-relaties toegepast. Daarnaast bestaan data-gedreven en hybride modellen die waarnemingen combineren met mechanistische wiskunde.

De aanpak omvat het formuleren van randvoorwaarden (inlaten, uitlaten, wanden), initiële condities en het numeriek oplossen van de stromingsvergelijkingen door discretisatie (bijv. finite difference, finite volume, finite element). Validatie tegen meetdata en onzekerheidsanalyse zijn cruciaal voor betrouwbare toepassingen.

Toepassingsgebieden zijn onder meer rivier- en kusthydrauliek, waterkwaliteitsmodellering, meteorologie, aerodynamica, cardiovasculaire stromingen, olie- en gasindustrie en verkeersstroming. Beperkingen betreffen turbulentie, schaal- en interfaciale problemen en de hoge rekencosten, waardoor modelkeuze en kalibratie essentieel blijven.