Fluiddynamik
Fluiddynamik handler om, hvordan væsker (væsker og gasser) fungerer. Det er en af de ældste dele af fysikstudiet, og det studeres af fysikere, matematikere og ingeniører. Matematikken kan beskrive, hvordan væsker bevæger sig, ved hjælp af matematiske formler, der kaldes ligninger. Gassers væskedynamik kaldes aerodynamik.
Forståelsen af, hvordan væsker opfører sig, hjælper os med at forstå ting som flyvning og havstrømme. F.eks. kan væskedynamik bruges til at forstå vejret, fordi skyer og luft begge er væsker. Fluiddynamik kan også bruges til at forstå, hvordan flyvemaskiner flyver gennem luften, eller hvordan skibe og ubåde bevæger sig gennem vandet.
Computerprogrammer kan bruge de matematiske ligninger for væskedynamik til at modellere og forudsige bevægede væskers handlinger. Computere har hjulpet os meget med at forstå væskedynamikken, og nogle mennesker studerer, hvordan man modellerer eller simulerer væsker udelukkende med en computer. At studere, hvordan væskedynamik kan udføres med computere, kaldes computational fluid dynamics (forkortet CFD).
Vigtige ligninger inden for væskedynamik
De matematiske ligninger, der styrer væskestrømning, er enkle at tænke på, men meget svære at løse. I de fleste virkelige tilfælde er der ikke mulighed for at få en løsning, der kan skrives ned, og i stedet må man bruge en computer til at beregne svaret. Der er tre grundlæggende ligninger baseret på tre regler.
Bevarelse af masse: masse hverken skabes eller ødelægges, den flytter sig blot fra et sted til et andet. Dette giver ligningen for massebevarelse. Nogle gange gælder dette måske ikke, f.eks. i tilfælde af en strømning, der involverer en kemisk reaktion.
Bevarelse af energi: Dette er termodynamikkens første lov, energi skabes eller ødelægges aldrig, den ændrer blot form (dvs. kinetisk energi bliver til potentiel energi) eller bevæger sig rundt.
Bevarelse af impuls: Dette er Newtons anden lov, og den siger, at kraft = impulsændringshastighed. Impuls er masse gange hastighed. Impulsligningerne er de ligninger, der gør det svært at løse problemer inden for væskedynamik. Der findes en række forskellige versioner, som omfatter en række forskellige virkninger. Navier-Stokes-ligningerne er impulsligninger, og Euler-ligningerne er Navier-Stokes-ligningerne, men uden viskositet. Der er én impulsligning i et 1D-problem og tre, én i hver rumretning, i 3D.
For at løse ligningerne er der ofte brug for flere oplysninger i form af en tilstandsligning. Denne forbinder de termodynamiske egenskaber (normalt tryk og temperatur) med hinanden for en bestemt type væske. Et eksempel er den "ideelle gas"-tilstandsligning, som sætter tryk, temperatur og massefylde i forbindelse med hinanden og fungerer godt for gasser under normalt tryk (f.eks. luft ved atmosfærisk tryk).
- Poiseuille-ligningen
- Bernoulli's sætning
- Navier-Stokes-ligninger
Relaterede sider
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad taler Fluid Dynamics om?
A: Fluid Dynamics handler om, hvordan væsker (væsker og gasser) fungerer.
Spørgsmål: Hvem studerer Fluid Dynamics?
A: Fluid Dynamics studeres af fysikere, matematikere og ingeniører.
Spørgsmål: Hvordan kan matematik beskrive, hvordan væsker bevæger sig?
Svar: Matematikken kan beskrive, hvordan væsker bevæger sig, ved hjælp af matematiske formler, der kaldes ligninger.
Spørgsmål: Hvad kaldes gasers væskedynamik?
A: Gassers væskedynamik kaldes aerodynamik.
Spørgsmål: Hvorfor er det vigtigt at forstå, hvordan væsker opfører sig?
Svar: At forstå, hvordan væsker opfører sig, hjælper os med at forstå ting som flyvning og havstrømme.
Sp: Hvordan kan computerprogrammer bruge de matematiske ligninger for væskedynamik?
Svar: Computerprogrammer kan bruge de matematiske ligninger i væskedynamikken til at modellere og forudsige bevægede væskers handlinger.
Spørgsmål: Hvad er navnet på det at studere, hvordan væskedynamik kan udføres med computere?
A: Når man studerer, hvordan væskedynamik kan udføres med computere, kaldes det computational fluid dynamics (forkortet CFD).
