Verstehen, was Fluiddynamik ist

Fluiddynamik ist die Untersuchung der Bewegung von Fluiden, einschließlich ihrer Wechselwirkungen, wenn zwei Fluide miteinander in Kontakt kommen. In diesem Zusammenhang bezieht sich der Begriff "Fluid" entweder auf Flüssigkeit oder auf Gase. Es ist ein makroskopischer, statistischer Ansatz, um diese Wechselwirkungen in großem Maßstab zu analysieren, die Flüssigkeiten als ein Kontinuum der Materie zu betrachten und im Allgemeinen die Tatsache zu ignorieren, dass die Flüssigkeit oder das Gas aus einzelnen Atomen besteht.

Die Fluiddynamik ist einer der beiden Hauptzweige von Strömungsmechanik, mit dem anderen Zweig zu sein Flüssigkeitsstatik, das Studium von Flüssigkeiten in Ruhe. (Es ist vielleicht nicht überraschend, dass die Strömungsmechanik die meiste Zeit weniger aufregend ist als die Strömungsmechanik.)

Schlüsselkonzepte der Fluiddynamik

Jede Disziplin beinhaltet Konzepte, die für das Verständnis ihrer Funktionsweise entscheidend sind. Hier sind einige der wichtigsten, denen Sie begegnen, wenn Sie versuchen, die Strömungsmechanik zu verstehen.

Grundprinzipien der Flüssigkeit

Die in der Flüssigkeitsstatik geltenden Flüssigkeitskonzepte kommen auch bei der Untersuchung von in Bewegung befindlicher Flüssigkeit zum Tragen. Das früheste Konzept in der Strömungsmechanik ist das des Auftriebs, das Archimedes im antiken Griechenland entdeckt hat.

Wenn Flüssigkeiten fließen, sind auch die Dichte und der Druck der Flüssigkeiten entscheidend, um zu verstehen, wie sie interagieren. Die Viskosität bestimmt, wie widerstandsfähig die Flüssigkeit gegenüber Veränderungen ist, und ist daher auch für die Untersuchung der Flüssigkeitsbewegung von entscheidender Bedeutung. Hier sind einige der Variablen, die in diesen Analysen auftauchen:

• Volumenviskosität: μ
• Dichte: ρ
• Kinematische Viskosität: ν = μ / ρ

Fließen

Da die Fluiddynamik die Untersuchung der Bewegung von Fluiden beinhaltet, ist eines der ersten Konzepte, das verstanden werden muss, wie Physiker diese Bewegung quantifizieren. Der Begriff, den Physiker verwenden, um die physikalischen Eigenschaften der Bewegung von Flüssigkeit zu beschreiben, ist fließen. Die Strömung beschreibt einen weiten Bereich von Flüssigkeitsbewegungen, wie z. B. das Durchblasen der Luft, das Durchströmen eines Rohrs oder das Entlanglaufen einer Oberfläche. Die Strömung eines Fluids wird auf verschiedene Arten klassifiziert, basierend auf den verschiedenen Eigenschaften der Strömung.

Gleichmäßiger oder instabiler Fluss

Wenn sich die Bewegung der Flüssigkeit im Laufe der Zeit nicht ändert, wird dies als a angesehen beständiger Fluß. Dies wird durch eine Situation bestimmt, in der alle Eigenschaften der Strömung zeitlich konstant bleiben oder alternativ damit gesprochen werden kann, dass die zeitlichen Ableitungen des Strömungsfeldes verschwinden. (Weitere Informationen zum Verständnis von Derivaten finden Sie in der Infinitesimalrechnung.)

EIN stationäre Strömung ist noch weniger zeitabhängig, da alle Fluideigenschaften (nicht nur die Fließeigenschaften) an jedem Punkt innerhalb des Fluids konstant bleiben. Wenn Sie also eine konstante Strömung hätten, sich aber die Eigenschaften der Flüssigkeit selbst irgendwann geändert hätten (möglicherweise aufgrund einer Barriere, die zeitabhängige Welligkeiten in einigen Teilen der Flüssigkeit verursacht), dann hätten Sie eine konstante Strömung nicht ein stationärer Fluss.

Alle stationären Flüsse sind jedoch Beispiele für stationäre Flüsse. Ein Strom, der mit einer konstanten Rate durch ein gerades Rohr fließt, wäre ein Beispiel für einen stationären Fluss (und auch einen stationären Fluss).. 

Wenn der Flow selbst Eigenschaften aufweist, die sich im Laufe der Zeit ändern, wird er als ein bezeichnet unstete Strömung oder ein vorübergehende Strömung. Regen, der während eines Sturms in eine Rinne fließt, ist ein Beispiel für einen unsteten Fluss.

Stetige Flüsse sind in der Regel problematischer als instabile Flüsse. Dies ist zu erwarten, da die zeitabhängigen Änderungen des Flusses nicht berücksichtigt werden müssen und sich im Laufe der Zeit ändern werden die Dinge in der Regel komplizierter machen.

Laminare Strömung vs. turbulente Strömung

Ein reibungsloser Flüssigkeitsfluss soll haben laminare Strömung. Strömung, die scheinbar chaotische, nichtlineare Bewegung enthält, soll haben turbulente Strömung. Per Definition ist eine turbulente Strömung eine Art instationäre Strömung. 

Beide Strömungstypen können Wirbel, Wirbel und verschiedene Arten der Umwälzung enthalten. Je mehr solcher Verhaltensweisen vorliegen, desto wahrscheinlicher ist es, dass die Strömung als turbulent eingestuft wird.