Înțelegerea care este dinamica fluidelor

Dinamica fluidelor este studiul mișcării fluidelor, inclusiv interacțiunile lor, deoarece două fluide vin în contact între ele. În acest context, termenul "fluid" se referă fie la lichid, fie la gaze. Este o abordare macroscopică, statistică, pentru analizarea acestor interacțiuni la scară largă, vizualizarea fluidelor ca un continuum al materiei și ignorarea, în general, a faptului că lichidul sau gazul este compus din atomi individuali.

Dinamica fluidelor este una dintre cele două ramuri principale ale mecanica fluidelor, cu cealaltă ramură fiind statice fluide, studiul lichidelor în repaus. (Poate că nu este surprinzător, statica fluidelor poate fi considerată un pic mai puțin interesantă de cele mai multe ori decât dinamica fluidelor.)

Conceptele cheie ale dinamicii fluidelor

Fiecare disciplină implică concepte care sunt cruciale pentru a înțelege modul în care funcționează. Iată câteva dintre principalele pe care le veți întâlni atunci când încercați să înțelegeți dinamica fluidelor.

Principii de bază a fluidului

Conceptele de fluide care se aplică în statica fluidelor intră și ele în joc atunci când studiați fluidul care este în mișcare. Aproape cel mai timpuriu concept în mecanica fluidelor este cel al flotabilității, descoperit în Grecia antică de Archimedes.

Pe măsură ce fluidele curg, densitatea și presiunea fluidelor sunt, de asemenea, cruciale pentru a înțelege modul în care acestea vor interacționa. Vâscozitatea determină cât de rezistent este să se schimbe lichidul, deci este esențial și în studierea mișcării lichidului. Iată câteva dintre variabilele care apar în aceste analize:

• Vâscozitate în vrac: μ
• Densitate: ρ
• Vâscozitate cinematică: ν = μ / ρ

curgere

Întrucât dinamica fluidelor implică studiul mișcării fluidului, unul dintre primele concepte care trebuie înțelese este modul în care fizicienii cuantifică această mișcare. Termenul pe care îl folosesc fizicienii pentru a descrie proprietățile fizice ale mișcării lichidului este curgere. Fluxul descrie o gamă largă de mișcare a fluidului, cum ar fi suflarea prin aer, care curge printr-o țeavă sau care circulă pe o suprafață. Fluxul unui fluid este clasificat într-o varietate de moduri diferite, pe baza diferitelor proprietăți ale fluxului.

Flux constant și nesigur

Dacă mișcarea fluidului nu se modifică în timp, se consideră a flux constant. Acest lucru este determinat de o situație în care toate proprietățile fluxului rămân constante în timp sau alternativ se poate vorbi spunând că derivatele de timp ale câmpului de flux dispar. (Consultați calculul pentru mai multe despre înțelegerea derivatelor.)

A fluxul în stare constantă este și mai puțin dependentă de timp, deoarece toate proprietățile fluidului (nu doar proprietățile de curgere) rămân constante în fiecare punct din fluid. Deci, dacă ați avut un flux constant, dar proprietățile lichidului în sine s-au schimbat la un moment dat (posibil din cauza unei bariere care provoacă ondulări dependente de timp în unele părți ale fluidului), atunci veți avea un flux constant care este nu un flux în stare constantă.

Cu toate acestea, toate fluxurile în stare constantă sunt exemple de fluxuri stabile. Un curent care curge în ritm constant printr-o conductă dreaptă ar fi un exemplu de debit constant (și, de asemenea, un debit constant). 

Dacă fluxul în sine are proprietăți care se schimbă în timp, atunci se numește an curgerea nesigură sau a fluxul tranzitoriu. Ploaia care curge într-un jgheab în timpul unei furtuni este un exemplu de curgere nesigură.

De regulă generală, fluxurile constante permit rezolvarea unor probleme mai ușoare decât fluxurile nesigure, ceea ce s-ar aștepta, având în vedere că nu trebuie luate în considerare modificările dependente de timp ale fluxului și lucrurile care se schimbă în timp de obicei vor îngreuna lucrurile.

Fluxul laminar vs. fluxul turbulent

Se spune că un flux lin de lichid are flux laminar. Se spune că fluxul care conține mișcare aparent haotică, neliniară curgere turbulentă. Prin definiție, un flux turbulent este un tip de debit nesigur. 

Ambele tipuri de fluxuri pot conține edituri, vârtejuri și diferite tipuri de recirculare, deși cu cât există mai multe astfel de comportamente, cu atât este mai probabil ca fluxul să fie clasificat ca turbulent.