væskedynamikk

Væskedynamikk er grenen av fysikken som studerer bevegelse og krefter i væsker og gasser. Den beskriver hvordan hastighetsfelt, trykkfelt og tetthetsfelt utvikler seg i tid og rom, og hvordan krefter som trykk, viskositet og gravitasjon påvirker strømmingsmønstre rundt legemer og i kanaler. Væskedynamikk omfatter både inkompressible og kompressible strømninger, laminar og turbulent bevegelse, samt fenomener ved grenseflater og i bølger.

De grunnleggende bevaringsligningene er massebevaring og bevaring av momentum, ofte uttrykt gjennom Navier–Stokes-likningene. For en Newtonsk og kompressibel væske er massebevaring ∂ρ/∂t + ∇·(ρu) = 0 og bevegelsesligningen ∂(ρu)/∂t + ∇·(ρu⊗u) = −∇p + ∇·τ + ρf, der τ = μ(∇u + ∇u^T) − (2/3)μ(∇·u)I. For inkompressible strømninger (∇·u = 0) reduseres bevegelsesligningen til ρ Du/Dt = −∇p + μ∇^2 u + f.

Viktige begreper inkluderer Reynoldsnummeret Re, som skiller laminar fra turbulent flyt, og Mach-tallet for kompressible strømninger. Bernoullis prinsipp gir en forenklet energibetraktning langs en strømningsbane i ideell flyt, mens Prandts grenselære beskriver hvordan viskositet påvirker bevegelsen nær faste overflater. Dimensjonsanalyse og fenomener som grenseflater, bølger og grensesnitt er sentrale i praktiske problemer.

Metoder og anvendelser: analytiske løsninger finnes for enkle geometrier, som Poiseuille- og Couette-flow. For mer komplekse problemer brukes numeriske metoder i computational fluid dynamics (CFD), ofte basert på finite volume- eller finite element-metoder. Eksperimentelle tester og målinger kompletterer modellene. Væskedynamikk har viktige anvendelser i aerodynamikk, hydraulikk, meteorologi, oseanografi, energi og biomedisin.

Historisk ble grunnlaget for væskedynamikk utviklet av Leonhard Euler og Jean d’Alembert, med viktige bidrag fra Navier og Stokes i 1800-tallet. Prandtl ved begynnelsen av 1900-tallet utviklet grenselære som beskriver viskositetseffekter nær flater. Siden har CFD og avanserte målemetoder utvidet anvendelsene betydelig.