Capire cos'è la fluidodinamica

La fluidodinamica è lo studio del movimento dei fluidi, comprese le loro interazioni quando due fluidi entrano in contatto tra loro. In questo contesto, il termine "fluido" si riferisce a liquidi o gas. Si tratta di un approccio macroscopico e statistico per analizzare queste interazioni su larga scala, vedendo i fluidi come un continuum della materia e generalmente ignorando il fatto che il liquido o il gas è composto da singoli atomi.

La dinamica dei fluidi è uno dei due rami principali di meccanica dei fluidi, con l'altro ramo essere statica fluida, lo studio dei fluidi a riposo. (Forse non a caso, la statica dei fluidi può essere considerata un po 'meno eccitante la maggior parte delle volte rispetto alla fluidodinamica.)

Concetti chiave di fluidodinamica

Ogni disciplina implica concetti cruciali per capire come funziona. Ecco alcuni dei principali che ti imbatterai nel tentativo di comprendere la fluidodinamica.

Principi fluidi di base

I concetti fluidi che si applicano alla statica fluida entrano in gioco anche quando si studia fluido in movimento. Praticamente il primo concetto di meccanica dei fluidi è quello di galleggiamento, scoperto nell'antica Grecia da Archimede.

Man mano che i fluidi fluiscono, anche la densità e la pressione dei fluidi sono cruciali per capire come interagiranno. La viscosità determina la resistenza al cambiamento del liquido, quindi è anche essenziale nello studio del movimento del liquido. Ecco alcune delle variabili che emergono in queste analisi:

• Viscosità alla rinfusa: μ
• Densità: ρ
• Viscosità cinematica: ν = μ / ρ

Flusso

Poiché la fluidodinamica comporta lo studio del moto del fluido, uno dei primi concetti che deve essere compreso è il modo in cui i fisici quantificano quel movimento. Il termine che i fisici usano per descrivere le proprietà fisiche del movimento del liquido è flusso. Flow descrive una vasta gamma di movimenti di fluidi, come soffiare attraverso l'aria, scorrere attraverso un tubo o correre lungo una superficie. Il flusso di un fluido è classificato in una varietà di modi diversi, in base alle varie proprietà del flusso.

Flusso costante vs. instabile

Se il movimento del fluido non cambia nel tempo, viene considerato a flusso costante. Ciò è determinato da una situazione in cui tutte le proprietà del flusso rimangono costanti rispetto al tempo o in alternativa si può parlare dicendo che i derivati ​​del tempo del campo di flusso svaniscono. (Dai un'occhiata al calcolo per ulteriori informazioni sulla comprensione dei derivati.)

UN flusso in regime stazionario è ancora meno dipendente dal tempo perché tutte le proprietà del fluido (non solo le proprietà del flusso) rimangono costanti in ogni punto all'interno del fluido. Quindi se avessi un flusso costante, ma le proprietà del fluido stesso cambiassero ad un certo punto (forse a causa di una barriera che causa increspature dipendenti dal tempo in alcune parti del fluido), allora avresti un flusso costante che è non un flusso in regime stazionario.

Tutti i flussi di stato stazionario sono tuttavia esempi di flussi stazionari. Una corrente che scorre a una velocità costante attraverso un tubo diritto sarebbe un esempio di un flusso a stato stazionario (e anche un flusso costante). 

Se il flusso stesso ha proprietà che cambiano nel tempo, allora si chiama an flusso instabile o a flusso transitorio. La pioggia che scorre in una grondaia durante una tempesta è un esempio di flusso instabile.

Come regola generale, i flussi costanti rendono più facili i problemi da gestire rispetto ai flussi instabili, che è quello che ci si aspetterebbe dal momento che le modifiche al flusso dipendenti dal tempo non devono essere prese in considerazione e le cose che cambiano nel tempo in genere renderà le cose più complicate.

Flusso laminare vs. flusso turbolento

Si dice che abbia un flusso regolare di liquido flusso laminare. Si dice che il flusso che contiene un movimento apparentemente caotico, non lineare flusso turbolento. Per definizione, un flusso turbolento è un tipo di flusso instabile. 

Entrambi i tipi di flussi possono contenere vortici, vortici e vari tipi di ricircolo, sebbene più comportamenti di questo tipo esistano, più è probabile che il flusso venga classificato come turbolento.