vloeistofdynamiek

Vloeistofdynamiek is de tak van de fysica die de beweging van vloeistoffen en gassen bestudeert en hoe krachten, drukverschillen en viscositeit hun gedrag bepalen. Het vakgebied combineert behoud van massa en momentum met de eigenaardigheden van vloeistoffen, zoals dichtheid, compressibiliteit en viskeus gedrag. Het onderzoekt zowel stillende als stromende toestanden en de interactie tussen vloeistoffen en grenzen zoals wanden, buizen en grenzen.

De beweging wordt beschreven door de continuïteitsvergelijking en de Navier-Stokes-vergelijkingen. Voor een viskeuze vloeistof met dichtheid ρ geldt bij oncompressibele stroming ∇·v = 0. De Navier-Stokes-vergelijking luidt: ρ(Dv/Dt) = -∇p + μ∇^2 v + f, waarbij Dv/Dt de convectie- en tijdsverandering omvat, p de druk, μ de dynamische viscositeit en f externe krachten zijn. In compressibele stroming kunnen ook energiebalans en temperatuurvariaties worden opgenomen.

Afhangend van het Reynolds-getal Re = ρvL/μ kunnen stromingen laminar of turbulent zijn. Laminaire stroming is glad en voorspelbaar, terwijl turbulente bewegingen onvoorspelbaar en wervelend zijn. Turbulentie wordt vaak gemodelleerd met RANS-, LES- of DNS-benaderingen en vereist aanvullende aannames over transportverschijnselen.

Methoden in de vloeistofdynamiek zijn onder meer analytische oplossingen voor vereenvoudigde systemen, experimenten (zoals stromingsvisualisatie en windtunnels) en computermodellering met computational fluid dynamics (CFD). CFD wordt gebruikt om stromingen te simuleren in auto- en vliegtuigontwerp, hydraulische systemen en meteorologische of biomedische toepassingen.

Toepassingen omvatten ontwerp en optimalisatie van vliegtuigen enauto’s, pijpleidingen en ventilatiesystemen, weers- en klimaatmodellen, oceaanstromingen en biologische stromingen in het menselijk lichaam.