vloeistofdoorstroming

Vloeistofdoorstroming is het vakgebied dat de beweging van vloeistoffen beschrijft onder invloed van drukverschillen, zwaartekracht en viskeuze krachten. Het bestudeert hoe krachten en grenzen de snelheid en het traject van vloeistofstromen bepalen in leidingen, kanalen en vrije stroming. Belangrijke begrippen zijn het snelheidveld u(x,t), de dichtheid ρ en de viscositeit μ. Bij lage Reynoldsgetallen verloopt de stroom vaak laminair; bij hoge Reynoldsgetallen kan zij turbulente kenmerken vertonen. Het Reynoldsgetal Re meet de verhouding tussen inertie en viskeuze krachten.

De basiswetten van vloeistofdoorstroming zijn de continuïteitsvergelijking en de bewegingsvergelijking. Continuïteit: ∂ρ/∂t + ∇·(ρu) = 0; bij vloeistoffen met constante dichtheid geldt ∇·u = 0. De momentumvergelijking (Navier–Stokes): ρ(du/dt) = -∇p + μ∇^2u + f, waarin p de druk is, μ de viscositeit en f externe krachten beschrijft. Voor Newtoniaanse vloeistoffen is μ constant; voor niet-Newtoniaanse vloeistoffen kan μ afhankelijk zijn van de vervormingssnelheid.

Voor speciale gevallen bestaan vereenvoudigde formules. In een rechte buis met laminaire stroom geldt Hagen-Poiseuille: Q = (π r^4 Δp)/(8 μ L). De Darcy‑Weisbach-formule geeft de drukval: hf = f (L/D) (v^2/(2g)). Randvoorwaarden zoals de no-slip-baan (wandv techniek van vloeistof) spelen een cruciale rol bij berekeningen.

Toepassingen variëren van pijpleidingen en HVAC-systemen tot biofluïdynamica en microfluidica. Metingen van volumetrische (Q) en massastroom worden uitgevoerd met venturi-meters, orificemeters en Doppler-technieken. De studie van vloeistofdoorstroming levert inzichten voor ontwerp, efficiëntie en veiligheid van systemen die vloeistoffen transporteren of laten reageren.