Förstå vad Fluid Dynamics är

Vätskedynamik är studien av rörelser av vätskor, inklusive deras interaktioner när två vätskor kommer i kontakt med varandra. I detta sammanhang avser termen "vätska" antingen vätska eller gaser. Det är ett makroskopiskt, statistiskt tillvägagångssätt för att analysera dessa interaktioner i stor skala, se vätskorna som ett kontinuum av materia och i allmänhet ignorera det faktum att vätskan eller gasen består av enskilda atomer..

Fluid dynamics är en av de två huvudgrenarna i vätskemekanik, med den andra grenen som vätskestatik, studien av vätskor i vila. (Kanske inte överraskande kan vätskestatik anses vara lite mindre spännande för det mesta än vätseldynamik.)

Nyckelbegrepp för vätskedynamik

Varje disciplin innefattar begrepp som är avgörande för att förstå hur den fungerar. Här är några av de viktigaste som du kommer att stöta på när du försöker förstå vätskedynamiken.

Grundläggande vätskeprinciper

De vätskekoncept som gäller i vätskestatik spelar också in när man studerar vätska som är i rörelse. Ganska mycket det tidigaste begreppet inom fluidmekanik är det flytkraft som upptäcktes i antika Grekland av Archimedes.

När vätskor flyter är vätskans densitet och tryck också avgörande för att förstå hur de kommer att interagera. Viskositeten avgör hur resistent vätskan är mot förändring, så är också viktigt för att studera vätskans rörelse. Här är några av de variabler som kommer upp i dessa analyser:

• Massviskositet: μ
• Densitet: ρ
• Kinematisk viskositet: ν = μ / ρ

Strömma

Eftersom fluiddynamik inbegriper studiet av fluidens rörelse, är ett av de första begreppen som måste förstås hur fysiker kvantifierar den rörelsen. Begreppet som fysiker använder för att beskriva de fysiska egenskaperna hos vätskebewegningen är strömma. Flöde beskriver ett brett spektrum av fluidrörelser, såsom blåser genom luften, strömmar genom ett rör eller löper längs en yta. Flödet av en vätska klassificeras på många olika sätt, baserat på flödesegenskaperna.

Steady vs. Unsteady Flow

Om rörelsen av vätska inte förändras över tid, anses den vara en stadigt flöde. Detta bestäms av en situation där alla egenskaper hos flödet förblir konstant med avseende på tid eller alternativt kan talas om genom att säga att tidsderivaten för flödesfältet försvinner. (Kolla in kalkylen för mer om att förstå derivat.)

EN jämnt flöde är ännu mindre tidsberoende eftersom alla fluidegenskaperna (inte bara flödesegenskaperna) förblir konstanta vid varje punkt i fluidet. Så om du hade ett jämnt flöde, men egenskaperna hos själva vätskan ändrades någon gång (eventuellt på grund av en barriär som orsakar tidsberoende krusningar i vissa delar av vätskan), skulle du ha ett jämnt flöde som är inte ett jämnt flöde.

Alla stabilitetsflöden är dock exempel på stadiga flöden. En ström som flyter med en konstant hastighet genom ett rakt rör skulle vara ett exempel på ett jämnt flöde (och även ett jämnt flöde). 

Om flödet i sig har egenskaper som förändras över tid kallas det en ostadigt flöde eller a övergående flöde. Regn som flödar in i rännan under en storm är ett exempel på ostadigt flöde.

I allmänhet gör att stabila flöden gör det lättare att hantera problem än ostadiga flöden, vilket är vad man kan förvänta sig med tanke på att de tidsberoende förändringarna i flödet inte behöver beaktas och saker som förändras över tid kommer vanligtvis att göra saker mer komplicerade.

Laminar Flow vs. Turbulent Flow

Ett jämnt vätskeflöde sägs ha laminärt flöde. Flöde som innehåller till synes kaotisk, icke-linjär rörelse sägs ha turbulent flöde. Per definition är ett turbulent flöde en typ av instabil flöde. 

Båda typerna av flöden kan innehålla virvel, virvlar och olika typer av återcirkulation, även om ju fler sådana beteenden som finns desto mer troligt kommer flödet att klassificeras som turbulent.