Fluidmekanik

Fluiddynamik handlar om hur vätskor (vätskor och gaser) fungerar. Det är en av de äldsta delarna av fysikstudierna och studeras av fysiker, matematiker och ingenjörer. Matematiken kan beskriva hur vätskor rör sig med hjälp av matematiska formler som kallas ekvationer. Gasers fluiddynamik kallas aerodynamik.

Att förstå hur vätskor beter sig hjälper oss att förstå saker som flygning och havsströmmar. Till exempel kan man använda sig av fluiddynamik för att förstå vädret, eftersom både moln och luft är vätskor. Fluiddynamik kan också användas för att förstå hur flygplan flyger genom luften eller hur fartyg och ubåtar rör sig genom vatten.

Datorprogrammen kan använda de matematiska ekvationerna för strömningsdynamik för att modellera och förutsäga hur rörliga vätskor agerar. Datorer har hjälpt oss att förstå strömningsdynamik i stor utsträckning, och vissa människor studerar hur man modellerar eller simulerar vätskor endast med hjälp av en dator. Att studera hur strömningsdynamik kan göras med hjälp av datorer kallas computational fluid dynamics (förkortat CFD).

Viktiga ekvationer inom strömningsdynamik

De matematiska ekvationer som styr flödet av vätskor är enkla att tänka på men mycket svåra att lösa. I de flesta verkliga fall finns det inget sätt att få fram en lösning som kan skrivas ner och en dator måste användas för att beräkna svaret i stället. Det finns tre grundläggande ekvationer som bygger på tre regler.

Massans bevarande: Massan varken skapas eller förstörs, den flyttas bara från en plats till en annan. Detta ger ekvationen för massans bevarande. Ibland kan detta inte gälla, till exempel vid ett flöde som inbegriper en kemisk reaktion.

Energins bevarande: Detta är termodynamikens första lag, energi skapas eller förstörs aldrig, den ändrar bara form (t.ex. kinetisk energi till potentiell energi) eller flyttas runt.

Bevarande av rörelsemängd: Detta är Newtons andra lag som säger att kraft = rörelsemängdens förändringshastighet. Moment är massa gånger hastighet. Momentumekvationerna är de ekvationer som gör det svårt att lösa problem inom strömningsdynamik. Det finns ett antal olika versioner som inkluderar ett antal olika effekter. Navier-Stokes-ekvationerna är impulsekvationer och Euler-ekvationerna är Navier-Stokes-ekvationerna men utan att viskositeten är inkluderad. Det finns en impulsekvation i ett 1D-problem och tre, en i varje rymdriktning, i 3D.

För att lösa ekvationerna behövs ofta mer information i form av en tillståndsekvation. Denna relaterar termodynamiska egenskaper (vanligtvis tryck och temperatur) till varandra för en viss typ av vätska. Ett exempel är den ideala gasekvationen som relaterar tryck, temperatur och densitet och som fungerar bra för gaser vid normalt tryck (som luft vid atmosfäriskt tryck).

  • Poiseuille's ekvation
  • Bernoullis sats
  • Navier-Stokes-ekvationer

Relaterade sidor

Frågor och svar

F: Vad handlar fluiddynamik om?


S: Fluiddynamik handlar om hur vätskor (vätskor och gaser) fungerar.

F: Vem studerar fluiddynamik?


S: Fluiddynamik studeras av fysiker, matematiker och ingenjörer.

F: Hur kan matematik beskriva hur vätskor rör sig?


S: Matematik kan beskriva hur vätskor rör sig med hjälp av matematiska formler som kallas ekvationer.

F: Vad kallas fluiddynamiken för gaser?


S: Strömningsdynamiken för gaser kallas aerodynamik.

F: Varför är det viktigt att förstå hur vätskor beter sig?


S: Att förstå hur vätskor beter sig hjälper oss att förstå saker som flygning eller havsströmmar.

F: Hur kan datorprogram använda de matematiska ekvationerna för fluiddynamik?


S: Datorprogram kan använda fluiddynamikens matematiska ekvationer för att modellera och förutsäga hur vätskor i rörelse beter sig.

F: Vad heter det när man studerar hur strömningsdynamik kan göras med datorer?


S: Att studera hur fluiddynamik kan göras med hjälp av datorer kallas för beräkningsfluiddynamik (eller kort och gott CFD).

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3