stromingsproblemen

Stromingsproblemen is een verzamelnaam voor vraagstukken waarbij de beweging van vloeistoffen en gassen centraal staat. Ze komen voor in vele vakgebieden zoals aerodynamica, hydraulica, proceskunde en meteorologie. Doel is het voorspellen van velden zoals snelheid, druk, temperatuur en dichtheid in een gebied onder gegeven randvoorwaarden.

De wiskundige basis bestaat uit de Navier-Stokes-vergelijkingen in combinatie met de continuïteitsvergelijking. Voor inkompressibele stromingen wordt de dichtheid als constant beschouwd; bij compressibele stromingen is variabele dichtheid vereist. De energiebalans kan worden meegenomen om warmtetransport te modelleren. Vloeistoffen kunnen Newtoniaanse of niet-Newtoniaanse constitutieve relaties volgen, wat invloed heeft op de modellering.

Stromingsproblemen worden onderverdeeld naar eigenschappen zoals laminaire versus turbulente stroming, stationair versus onstabiel, en interne stroming (bijvoorbeeld in buizen) versus externe stroming (bijvoorbeeld rond een vlieglichaam). Multiphase-stroming, zwaartekrachtsinvloed en warmte-uitwisseling kunnen aanvullende complicaties zijn.

Oplossingsmethoden: voor eenvoudige gevallen bestaan analytische oplossingen (bijv. Poiseuille-stroom, Couette-stroom). In de praktijk worden de meeste problemen numeriek opgelost met computational fluid dynamics (CFD). Veelgebruikte discretisatietechnieken zijn finite volume, finite element en finite difference. Turbulentie wordt meestal gemodelleerd met RANS-modellen (bijv. k-epsilon, k-omega), of met Large Eddy Simulation (LES) of Direct Numerical Simulation (DNS).

Uitdagingen omvatten rekentijd en nauwkeurigheid, gridgeneration en mesh-afstemming, overgang van laminar naar turbulent en het valideren met experimentele data. Stromingsproblemen vormen een kernonderdeel van ontwerp en analyse in engineering en natuurwetenschappen.