Begrijpen wat Fluid Dynamics is

Vloeistofdynamica is de studie van de beweging van vloeistoffen, inclusief hun interacties wanneer twee vloeistoffen met elkaar in contact komen. In deze context verwijst de term "vloeistof" naar vloeistof of gassen. Het is een macroscopische, statistische benadering om deze interacties op grote schaal te analyseren, de vloeistoffen als een continuüm van materie te beschouwen en in het algemeen het feit negerend dat de vloeistof of het gas uit afzonderlijke atomen bestaat.

Vloeistofdynamica is een van de twee hoofdtakken van Vloeistofmechanica, met de andere tak vloeibare statica, de studie van vloeistoffen in rust. (Misschien niet verrassend, kan vloeistofstatistieken meestal als iets minder opwindend worden beschouwd dan vloeistofdynamica.)

Sleutelconcepten van vloeistofdynamica

Elke discipline omvat concepten die cruciaal zijn om te begrijpen hoe het werkt. Hier zijn enkele van de belangrijkste die u tegenkomt wanneer u probeert de vloeiende dynamiek te begrijpen.

Basis vloeistofprincipes

De vloeistofconcepten die van toepassing zijn in vloeistofstatistieken komen ook in het spel bij het bestuderen van vloeistof die in beweging is. Vrijwel het vroegste concept in vloeistofmechanica is dat van drijfvermogen, ontdekt in het oude Griekenland door Archimedes.

Terwijl vloeistoffen stromen, zijn de dichtheid en druk van de vloeistoffen ook cruciaal om te begrijpen hoe ze op elkaar inwerken. De viscositeit bepaalt hoe resistent de vloeistof is om te veranderen, dus is ook essentieel bij het bestuderen van de beweging van de vloeistof. Hier zijn enkele van de variabelen die in deze analyses naar voren komen:

• Bulk viscositeit: μ
• Dichtheid: ρ
• Kinematische viscositeit: ν = μ / ρ

Stromen

Omdat vloeistofdynamica de studie van de beweging van vloeistof omvat, is een van de eerste concepten die moet worden begrepen hoe fysici die beweging kwantificeren. De term die natuurkundigen gebruiken om de fysieke eigenschappen van de beweging van vloeistof te beschrijven is stromen. Flow beschrijft een breed scala aan vloeistofbewegingen, zoals door de lucht blazen, door een pijp stromen of langs een oppervlak lopen. De stroming van een vloeistof wordt op verschillende manieren geclassificeerd, op basis van de verschillende eigenschappen van de stroming.

Gestage versus onstabiele stroom

Als de beweging van vloeistof in de loop van de tijd niet verandert, wordt dit beschouwd als een gestage stroom. Dit wordt bepaald door een situatie waarin alle eigenschappen van de stroom constant blijven met betrekking tot tijd of afwisselend kunnen worden besproken door te zeggen dat de tijdderivaten van het stroomveld verdwijnen. (Bekijk calculus voor meer informatie over derivaten.)

EEN steady-state stroom is zelfs minder tijdsafhankelijk omdat alle vloeistofeigenschappen (niet alleen de stromingseigenschappen) op elk punt in de vloeistof constant blijven. Dus als u een gestage stroom had, maar de eigenschappen van de vloeistof zelf op een bepaald punt veranderden (mogelijk vanwege een barrière die tijdsafhankelijke rimpelingen in sommige delen van de vloeistof veroorzaakte), dan zou u een gestage stroom hebben die niet een steady-state stroom.

Alle steady-state stromen zijn echter voorbeelden van stabiele stromen. Een stroom die met een constante snelheid door een rechte pijp vloeit, zou een voorbeeld zijn van een stabiele stroom (en ook een constante stroom). 

Als de stroom zelf eigenschappen heeft die in de loop van de tijd veranderen, wordt deze een onstabiele stroom of een voorbijgaande stroom. Regen die tijdens een storm in een goot stroomt, is een voorbeeld van onstabiele stroming.

In het algemeen zorgen stabiele stromen voor gemakkelijker te behandelen problemen dan onstabiele stromen, wat je zou verwachten gezien het feit dat de tijdafhankelijke veranderingen in de stroom niet in aanmerking hoeven te worden genomen, en dingen die in de loop van de tijd veranderen gaan dingen meestal ingewikkelder maken.

Laminaire stroom versus turbulente stroom

Men zegt dat een vloeiende vloeistofstroom heeft laminaire stroming. Er wordt gezegd dat flow die ogenschijnlijk chaotische, niet-lineaire bewegingen bevat turbulente stroming. Per definitie is een turbulente stroming een soort onstabiele stroming. 

Beide soorten stromen kunnen wervelingen, draaikolken en verschillende soorten recirculatie bevatten, maar hoe meer dergelijk gedrag er is, hoe groter de kans dat de stroom als turbulent wordt geclassificeerd.