Vooludünaamika
Vooludünaamika räägib sellest, kuidas vedelikud (vedelikud ja gaasid) toimivad. See on üks vanimaid füüsikaõpetuse osi, mida uurivad füüsikud, matemaatikud ja insenerid. Matemaatikaga saab kirjeldada vedelike liikumist matemaatiliste valemite, nn võrrandite abil. Gaaside vedelike dünaamikat nimetatakse aerodünaamikaks.
Vedelike käitumise mõistmine aitab meil mõista selliseid asju nagu lendamine või ookeanivoolud. Näiteks saab vedelikudünaamikat kasutada ilmastiku mõistmiseks, sest nii pilved kui ka õhk on vedelikud. Fluiddünaamikat saab kasutada ka selleks, et mõista, kuidas lennukid lendavad õhus või kuidas laevad ja allveelaevad liiguvad vees.
Arvutiprogrammid saavad kasutada matemaatilisi vedeliku dünaamika võrrandeid, et modelleerida ja ennustada liikuvate vedelike tegevust. Arvutid on aidanud meil väga palju mõista vedelikudünaamikat ja mõned inimesed õpivad, kuidas modelleerida või simuleerida vedelikke ainult arvutiga. Seda, kuidas vedelikudünaamikat saab arvutitega uurida, nimetatakse arvutuslikuks vedelikudünaamikaks (lühendatult CFD).
Olulised võrrandid vedelikudünaamikas
Matemaatilisi võrrandeid, mis reguleerivad vedeliku voolamist, on lihtne mõelda, kuid väga raske lahendada. Enamikul tegelikel juhtudel ei ole võimalik saada lahendust, mida saaks üles kirjutada, ja selle asemel tuleb vastuse arvutamiseks kasutada arvutit. On kolm põhilist võrrandit, mis põhinevad kolmel reeglil.
Massi säilimine: massi ei looda ega hävitata, see lihtsalt liigub ühest kohast teise. See annab massi säilimise võrrandi. Mõnikord ei pruugi see kehtida, näiteks keemilise reaktsiooniga seotud voolu puhul.
Energia säilimine: see on termodünaamika esimene seadus, energiat ei looda ega hävitata kunagi, see lihtsalt muudab oma kuju (st kineetiline energia muutub potentsiaalseks energiaks) või liigub.
Impulsi säilimine: see on Newtoni teine seadus, mis ütleb, et jõud = impulsi muutumise kiirus. Impulss on mass korda kiirus. Impulsi võrrandid on need võrrandid, mis raskendavad vedelikudünaamika ülesannete lahendamist. On olemas mitmeid erinevaid versioone, mis sisaldavad mitmeid erinevaid mõjusid. Navier-Stokesi võrrandid on impulsi võrrandid ja Euleri võrrandid on Navier-Stokesi võrrandid, kuid viskoossus on välja jäetud. 1D-probleemi puhul on üks impulsi võrrand ja 3D-probleemi puhul kolm, üks igas ruumisuunas.
Võrrandite lahendamiseks on sageli vaja rohkem teavet olekuvõrrandite kujul. See seob termodünaamilised omadused (tavaliselt rõhk ja temperatuur) omavahel konkreetse vedeliku tüübi puhul. Näiteks on "ideaalgaasi" olekuvõrrand, mis seob rõhu, temperatuuri ja tiheduse ning töötab hästi gaaside puhul, mis on normaalsel rõhul (näiteks õhk atmosfäärirõhul).
- Poiseuille'i võrrand
- Bernoulli teoreem
- Navier-Stokesi võrrandid
Seotud leheküljed
Küsimused ja vastused
K: Millest räägib Fluid Dynamics?
V: Fluiddünaamika räägib sellest, kuidas vedelikud (vedelikud ja gaasid) toimivad.
K: Kes uurib vedelikudünaamikat?
V: Fluiddünaamikat uurivad füüsikud, matemaatikud ja insenerid.
K: Kuidas saab matemaatika kirjeldada, kuidas vedelikud liiguvad?
V: Matemaatika saab kirjeldada, kuidas vedelikud liiguvad, kasutades matemaatilisi valemeid, mida nimetatakse võrranditeks.
K: Kuidas nimetatakse gaaside vedelikudünaamikat?
V: Gaaside vedelikudünaamikat nimetatakse aerodünaamikaks.
K: Miks on oluline mõista, kuidas vedelikud käituvad?
V: Vedelike käitumise mõistmine aitab meil mõista selliseid asju nagu lendamine või ookeanivoolud.
K: Kuidas saavad arvutiprogrammid kasutada vedelikudünaamika matemaatilisi võrrandeid?
V: Arvutiprogrammid saavad kasutada vedelikudünaamika matemaatilisi võrrandeid, et modelleerida ja ennustada liikuvate vedelike tegevust.
K: Kuidas nimetatakse vedelikudünaamika uurimist, mida saab teha arvutitega?
V: Seda, kuidas vedelikudünaamikat saab arvutitega uurida, nimetatakse arvutuslikuks vedelikudünaamikaks (lühendatult CFD).
