Šķidruma dinamika
Šķidrumu dinamika stāsta par to, kā darbojas šķidrumi (šķidrumi un gāzes). Tā ir viena no senākajām fizikas zinātnes nozarēm, un to pēta fiziķi, matemātiķi un inženieri. Matemātika spēj aprakstīt šķidrumu kustību, izmantojot matemātiskas formulas, ko sauc par vienādojumiem. Gāzu šķidrumu dinamiku sauc par aerodinamiku.
Izpratne par šķidrumu uzvedību palīdz mums saprast tādas lietas kā lidojums vai okeāna straumes. Piemēram, šķidrumu dinamiku var izmantot, lai izprastu laikapstākļus, jo gan mākoņi, gan gaiss ir šķidrumi. Šķidrumu dinamiku var izmantot arī, lai saprastu, kā lidmašīnas lido pa gaisu vai kā kuģi un zemūdenes pārvietojas pa ūdeni.
Datorprogrammas var izmantot šķidrumu dinamikas matemātiskos vienādojumus, lai modelētu un prognozētu kustīgu šķidrumu darbību. Datori ir ļoti palīdzējuši izprast šķidrumu dinamiku, un daži cilvēki mācās modelēt vai simulēt šķidrumus tikai ar datoru. Studijas par to, kā šķidrumu dinamiku var veikt ar datoru, sauc par skaitļošanas šķidrumu dinamiku (saīsinājumā CFD).
Svarīgi vienādojumi šķidrumu dinamikā
Šķidruma plūsmu regulējošos matemātiskos vienādojumus ir vienkārši domāt, bet ļoti grūti atrisināt. Lielākajā daļā reālo gadījumu nav iespējams iegūt risinājumu, ko var pierakstīt, un tā vietā atbildes aprēķināšanai jāizmanto dators. Ir trīs fundamentāli vienādojumi, kas balstās uz trim likumiem.
Masas saglabāšanās: masa neveidojas un neiznīkst, tā vienkārši pārvietojas no vienas vietas uz citu. Tas dod masas saglabāšanas vienādojumu. Dažreiz tas var nebūt piemērojams, piemēram, plūsmā, kas saistīta ar ķīmisku reakciju.
Enerģijas saglabāšana: tas ir pirmais termodinamikas likums, enerģija nekad netiek radīta vai iznīcināta, tā tikai maina formu (t. i., kinētiskā enerģija kļūst par potenciālo enerģiju) vai pārvietojas.
Iedarbības momenta saglabāšana: tas ir Ņūtona otrais likums, kas nosaka, ka spēks = impulsa izmaiņas ātrums. Moments ir masa reizināta ar ātrumu. Iedarbības momenta vienādojumi ir vienādojumi, kas apgrūtina šķidrumu dinamikas uzdevumu risināšanu. Pastāv vairākas dažādas versijas, kas ietver vairākus dažādus efektus. Navjē-Stokesa vienādojumi ir impulsa vienādojumi, un Eilesa vienādojumi ir Navjē-Stokesa vienādojumi, bet bez viskozitātes. 1D uzdevumā ir viens impulsa vienādojums, bet 3D uzdevumā - trīs, pa vienam katrā telpas virzienā.
Lai atrisinātu šos vienādojumus, bieži vien ir nepieciešama papildu informācija stāvokļa vienādojuma veidā. Tas nosaka termodinamisko īpašību (parasti spiediena un temperatūras) savstarpējo saistību konkrētam šķidruma veidam. Kā piemēru var minēt "ideālās gāzes" stāvokļa vienādojumu, kas saista spiedienu, temperatūru un blīvumu un labi darbojas attiecībā uz gāzēm pie normāla spiediena (piemēram, gaisu pie atmosfēras spiediena).
- Poiseuille's vienādojums
- Bernuļa teorēma
- Navjē-Stokesa vienādojumi
Saistītās lapas
Jautājumi un atbildes
J: Par ko ir runa Fluid Dynamics?
A: Fluid dinamika stāsta par to, kā darbojas šķidrumi (šķidrumi un gāzes).
J: Kas pēta šķidrumu dinamiku?
A: Šķidrumu dinamiku pēta fiziķi, matemātiķi un inženieri.
J: Kā matemātika var aprakstīt šķidrumu kustību?
A: Matemātika var aprakstīt šķidrumu kustību, izmantojot matemātiskas formulas, ko sauc par vienādojumiem.
J: Kā sauc gāzu šķidruma dinamiku?
A: Gāzu šķidruma dinamiku sauc par aerodinamiku.
J: Kāpēc ir svarīgi saprast, kā uzvedas šķidrumi?
A: Izpratne par šķidrumu uzvedību palīdz mums saprast tādas lietas kā lidojumu vai okeāna straumes.
J: Kā datorprogrammās var izmantot šķidrumu dinamikas matemātiskos vienādojumus?
A: Datorprogrammas var izmantot šķidrumu dinamikas matemātiskos vienādojumus, lai modelētu un prognozētu kustīgu šķidrumu darbību.
J: Kā sauc to, kā ar datoru palīdzību var pētīt šķidrumu dinamiku?
A: Pētījumus par to, kā šķidrumu dinamiku var veikt ar datoru, sauc par skaitļošanas šķidrumu dinamiku (saīsināti CFD).
