strømningsmekanik

Strømningsmekanik er læren om bevægelse og kræfter i væsker og gasser. Den beskriver, hvordan tryk, hastighed, densitet og temperatur ændrer sig i et medium og ved grænseflader mellem medier, som vægge, rør eller grænseovergange mellem væsker og gasser. Forskningen kombinerer teoretiske ligninger, eksperimenter og numeriske beregninger.

De grundlæggende principper er bevarelse af masse, impuls og energi. Kontinuitetsligningen udtrykker massebevaret i et kontrolvolumen, mens momentumligningen (Navier–Stokes-ligningen) beskriver kræfter og acceleration i viskøse fluider. I ideelle (idealistiske) væsker reduceres kompleksiteten til Euler- eller Bernoulli-ligningerne i særlige tilfælde.

Strømningsmekanik opleves som inkompressibel eller kompressibel; Newtonianske og ikke-Newtonianske væsker. Inkompressibel strømning antager konstant tæthed, ofte anvendt i vand og blod ved lavere hastigheder. Newtonianske væsker har tryk-shear forhold lineært i shear rate; ikke-Newtonianske væsker viser mere kompleks afhængighed. Flow kan være laminært eller turbulent, hvor Reynolds-tallet bruges til at vurdere dominans af inertielle kræfter versus viskøse kræfter. Grænselaget beskriver væskens hastighedsændringer nær overflader.

Dimensionless tal som Reynolds-tal, Mach-tal, Prandtl-tal og Grashofs-tal hjælper med at generalisere problemet og skelne mellem forskellige regimes. Strømningsmekanik anvendes bredt i fly- og bildesign, vand- og gasnet, varme- og masseoverførsel, HVAC-systemer, hydraulik, energiproduktion og biomedicinske teknikker. Simulationer som Computational Fluid Dynamics (CFD) understøtter analyse og optimering.