Dinamika fluidov
Dinamika tekočin govori o delovanju tekočin (tekočin in plinov). Je eden od najstarejših delov fizike, ki ga preučujejo fiziki, matematiki in inženirji. Matematika lahko opiše gibanje tekočin z matematičnimi formulami, imenovanimi enačbe. Dinamika tekočin pri plinih se imenuje aerodinamika.
Razumevanje obnašanja tekočin nam pomaga razumeti stvari, kot so letenje ali morski tokovi. Dinamiko tekočin lahko na primer uporabimo za razumevanje vremena, saj so oblaki in zrak tekočine. Dinamiko tekočin lahko uporabimo tudi za razumevanje, kako letala letijo po zraku ali kako se ladje in podmornice premikajo po vodi.
Računalniški programi lahko uporabljajo matematične enačbe dinamike tekočin za modeliranje in napovedovanje delovanja gibajočih se tekočin. Računalniki so nam zelo pomagali razumeti dinamiko tekočin, zato nekateri ljudje preučujejo, kako modelirati ali simulirati tekočine samo z računalnikom. Preučevanje, kako je mogoče dinamiko tekočin izvajati z računalniki, se imenuje računalniška dinamika tekočin (ali krajše CFD).
Pomembne enačbe v dinamiki tekočin
Matematične enačbe, ki uravnavajo pretok tekočin, so preproste za razmišljanje, vendar jih je zelo težko rešiti. V večini resničnih primerov ni mogoče dobiti rešitve, ki bi jo lahko zapisali, zato je treba za izračun odgovora uporabiti računalnik. Obstajajo tri temeljne enačbe, ki temeljijo na treh pravilih.
Ohranjanje mase: masa se ne ustvarja in ne uničuje, temveč se le premika z enega mesta na drugo. Tako dobimo enačbo ohranjanja mase. Včasih to ne velja, na primer pri toku, ki vključuje kemično reakcijo.
Ohranjanje energije: to je prvi zakon termodinamike, energija nikoli ne nastane ali se uniči, temveč le spremeni obliko (npr. kinetična energija v potencialno energijo) ali se giblje.
Ohranjanje navora: to je drugi Newtonov zakon, ki pravi, da je sila = hitrost spremembe navora. Momentum je masa krat hitrost. Enačbe gibalne sile so enačbe, ki otežujejo reševanje problemov v dinamiki tekočin. Obstaja več različnih različic, ki vključujejo več različnih učinkov. Navier-Stokesove enačbe so enačbe navora, Eulerjeve enačbe pa so Navier-Stokesove enačbe, vendar brez vključene viskoznosti. V 1D problemu je ena enačba navora, v 3D pa tri, po ena v vsaki prostorski smeri.
Za reševanje enačb je pogosto potrebnih več informacij v obliki enačbe stanja. Ta povezuje termodinamične lastnosti (običajno tlak in temperaturo) med seboj za določeno vrsto tekočine. Primer je enačba stanja "idealnega plina", ki povezuje tlak, temperaturo in gostoto ter dobro deluje za pline pri normalnih tlakih (kot je zrak pri atmosferskem tlaku).
- Poiseuillova enačba
- Bernoullijev izrek
- Navier-Stokesove enačbe
Sorodne strani
Vprašanja in odgovori
V: O čem govori knjiga Fluidna dinamika?
O: Dinamika tekočin govori o delovanju tekočin (tekočin in plinov).
V: Kdo preučuje dinamiko tekočin?
O: Dinamiko tekočin preučujejo fiziki, matematiki in inženirji.
V: Kako lahko matematika opiše gibanje tekočin?
O: Matematika lahko opiše gibanje tekočin z matematičnimi formulami, ki se imenujejo enačbe.
V: Kako se imenuje dinamika tekočin pri plinih?
O: Dinamika tekočin pri plinih se imenuje aerodinamika.
V: Zakaj je pomembno razumeti, kako se tekočine obnašajo?
O: Razumevanje obnašanja tekočin nam pomaga razumeti stvari, kot so letenje ali morski tokovi.
V: Kako lahko računalniški programi uporabljajo matematične enačbe dinamike tekočin?
O: Računalniški programi lahko uporabljajo matematične enačbe dinamike tekočin za modeliranje in napovedovanje delovanja gibajočih se tekočin.
V: Kako se imenuje preučevanje dinamike tekočin z računalniki?
O: Preučevanje dinamike tekočin z računalniki se imenuje računalniška dinamika tekočin (ali krajše CFD).
