vloeidynamica

Vloeidynamica bestudeert de beweging van vloeistoffen en gassen en de krachten die daarop inwerken. Ze combineert fundamentele conservatiewetten met materiaaleigenschappen zoals dichtheid en viscositeit en bestrijkt zowel laminaire als turbulente stromingen, compressibele en incompressibele vloeistoffen, en uiteenlopende toepassingen in techniek en natuurwetenschappen.

De kern ligt in de continuïteitsvergelijking en de bewegingsvergelijkingen. Voor Newtoniaanse vloeistoffen luidt de Navier-Stokes-vergelijking: rho(Dv/Dt) = -grad p + mu ∇² v + f, waarbij Dv/Dt de materiële afgeleide is. De continuïteitsvergelijking ∇·v = 0 geldt bij inkompressibele stroming. Voor ideale vloeistoffen zonder viscositeit geldt de Euler-vergelijking. Bernoulli's principe relateert druk en snelheid langs een stroomlijn, terwijl begrippen als vorticiteit en de grenslaag cruciaal zijn voor het begrijpen van turbulentie en wrijving.

Methoden en hulpmiddelen omvatten wiskundige analyse, asymptotische benaderingen en experimenteel onderzoek, terwijl Computational Fluid Dynamics (CFD) stromingen numeriek simuleert met methoden als finite volume en finite element. Experimentele mogelijkheden omvatten windtunnels en Particle Image Velocimetry (PIV) om stromingsvelden te meten en te analyseren. Het gedrag van stromingen wordt vaak gekarakteriseerd aan de hand van het Reynolds-getal, dat de relatieve invloed van inertie en viscose krachten aangeeft.

Toepassingen omvatten ontwerp en optimalisatie van vliegtuigen en auto's, hydraulische systemen en waterbouw, meteorologie en oceaanstromingen, biomedische stromingen en proces- en milieu-engineering. Historisch heeft vloeidynamica zich ontwikkeld vanaf de werken van Euler en d’Alembert in de 18e eeuw tot Navier en Stokes in de 19e eeuw, en moderne CFD heeft de studie in de 20e eeuw verder getransformeerd.