Dinamica fluidelor

Autor: Leandro Alegsa

19-12-2021

Dinamica fluidelor vorbește despre modul în care funcționează fluidele (lichide și gaze). Este una dintre cele mai vechi părți ale studiului fizicii și este studiată de fizicieni, matematicieni și ingineri. Matematica poate descrie modul în care se mișcă fluidele cu ajutorul unor formule matematice numite ecuații. Dinamica fluidelor în cazul gazelor se numește aerodinamică.

Înțelegerea modului în care se comportă fluidele ne ajută să înțelegem lucruri precum zborul sau curenții oceanici. De exemplu, dinamica fluidelor poate fi folosită pentru a înțelege vremea, deoarece norii și aerul sunt ambele fluide. De asemenea, dinamica fluidelor poate fi folosită pentru a înțelege cum zboară avioanele în aer sau cum se deplasează navele și submarinele în apă.

Programele de calculator pot utiliza ecuațiile matematice ale dinamicii fluidelor pentru a modela și a prezice acțiunile fluidelor în mișcare. Calculatoarele ne-au ajutat foarte mult să înțelegem dinamica fluidelor, iar unii oameni studiază cum să modeleze sau să simuleze fluidele doar cu ajutorul unui computer. Studierea modului în care dinamica fluidelor poate fi realizată cu ajutorul calculatoarelor se numește dinamică computațională a fluidelor (sau, pe scurt, CFD).

Ecuații importante în dinamica fluidelor

Ecuațiile matematice care guvernează curgerea fluidelor sunt simplu de gândit, dar foarte greu de rezolvat. În cele mai multe cazuri din viața reală, nu există nicio modalitate de a obține o soluție care să poată fi scrisă și, în schimb, trebuie să se utilizeze un computer pentru a calcula răspunsul. Există trei ecuații fundamentale care se bazează pe trei reguli.

Conservarea masei: masa nu este nici creată, nici distrusă, ci pur și simplu se deplasează dintr-un loc în altul. Astfel se obține ecuația de conservare a masei. Uneori, acest lucru poate să nu se aplice, cum ar fi în cazul unui flux care implică o reacție chimică.

Conservarea energiei: aceasta este prima lege a termodinamicii, energia nu este niciodată creată sau distrusă, ci doar își schimbă forma (de exemplu, energia cinetică în energie potențială) sau se deplasează.

Conservarea impulsului: aceasta este a doua lege a lui Newton și afirmă că Forța = rata de schimbare a impulsului. Impulsul este masa înmulțită cu viteza. Ecuațiile momentului sunt ecuațiile care fac dificilă rezolvarea problemelor din dinamica fluidelor. Există o serie de versiuni diferite care includ o serie de efecte diferite. Ecuațiile Navier-Stokes sunt ecuații ale momentului, iar ecuațiile Euler sunt ecuațiile Navier-Stokes, dar fără vâscozitatea inclusă. Există o singură ecuație a momentului într-o problemă 1D și trei, câte una în fiecare direcție spațială, în 3D.

Pentru a rezolva ecuațiile, sunt adesea necesare mai multe informații sub forma unei ecuații de stare. Aceasta pune în relație proprietățile termodinamice (de obicei presiunea și temperatura) între ele pentru un anumit tip de fluid. Un exemplu este ecuația de stare a "gazului ideal", care relaționează presiunea, temperatura și densitatea și funcționează bine pentru gaze la presiuni normale (cum ar fi aerul la presiunea atmosferică).

Ecuația lui Poiseuille
Teorema lui Bernoulli
Ecuațiile Navier-Stokes

Pagini conexe

Mecanica fluidelor

Întrebări și răspunsuri

Î: Despre ce vorbește Fluid Dynamics?

R: Fluid Dynamics vorbește despre modul în care funcționează fluidele (lichide și gaze).

Î: Cine studiază dinamica fluidelor?

R: Dinamica fluidelor este studiată de fizicieni, matematicieni și ingineri.

Î: Cum poate descrie matematica modul în care se mișcă fluidele?

R: Matematica poate descrie modul în care se mișcă fluidele folosind formule matematice numite ecuații.

Î: Cum se numește dinamica fluidelor în cazul gazelor?

R: Dinamica fluidelor gazelor se numește aerodinamică.

Î: De ce este important să înțelegem cum se comportă fluidele?

R: Înțelegerea modului în care se comportă fluidele ne ajută să înțelegem lucruri precum zborul sau curenții oceanici.

Î: Cum pot folosi programele de calculator ecuațiile matematice ale dinamicii fluidelor?

R: Programele de calculator pot utiliza ecuațiile matematice ale dinamicii fluidelor pentru a modela și prezice acțiunile fluidelor în mișcare.

Î: Cum se numește studierea modului în care dinamica fluidelor poate fi realizată cu ajutorul calculatoarelor?

R: Studierea modului în care dinamica fluidelor poate fi realizată cu ajutorul calculatoarelor se numește dinamică computațională a fluidelor (sau, pe scurt, CFD).