Динамика на флуидите
Динамиката на флуидите се занимава с функционирането на флуидите (течности и газове). Тя е една от най-старите части на физиката и се изучава от физици, математици и инженери. Математиката може да опише как се движат флуидите с помощта на математически формули, наречени уравнения. Динамиката на флуидите на газовете се нарича аеродинамика.
Разбирането на поведението на флуидите ни помага да разберем неща като полета или океанските течения. Например динамиката на флуидите може да се използва за разбиране на времето, тъй като и облаците, и въздухът са флуиди. Динамиката на флуидите може да се използва и за да се разбере как самолетите летят във въздуха или как корабите и подводниците се движат във водата.
Компютърните програми могат да използват математическите уравнения на динамиката на флуидите, за да моделират и предсказват действието на движещи се флуиди. Компютрите ни помогнаха много да разберем динамиката на флуидите и някои хора изучават как да моделират или симулират флуиди само с помощта на компютър. Изучаването на това как динамиката на флуидите може да се прави с помощта на компютри се нарича изчислителна динамика на флуидите (или накратко CFD).
Важни уравнения в динамиката на флуидите
Математическите уравнения, които управляват потока на флуидите, са прости за мислене, но много трудни за решаване. В повечето случаи от реалния живот няма как да се получи решение, което да бъде записано, и вместо това трябва да се използва компютър, за да се изчисли отговорът. Съществуват три основни уравнения, основани на три правила.
Запазване на масата: масата нито се създава, нито се разрушава, тя просто се премества от едно място на друго. Това дава уравнението за запазване на масата. Понякога то може да не е приложимо, например при поток, включващ химична реакция.
Запазване на енергията: това е първият закон на термодинамиката, енергията никога не се създава и не се унищожава, тя само променя формата си (т.е. кинетичната енергия в потенциална енергия) или се движи.
Запазване на импулса: това е вторият закон на Нютон, който гласи, че силата = скоростта на изменение на импулса. Моментът е маса, умножена по скоростта. Уравненията на импулса са уравненията, които затрудняват решаването на задачите в динамиката на флуидите. Съществуват редица различни версии, които включват редица различни ефекти. Уравненията на Навие-Стокс са уравнения на импулса, а уравненията на Ойлер са уравненията на Навие-Стокс, но без да се включва вискозитетът. Има едно уравнение на импулса в 1D задача и три, по едно във всяка посока на пространството, в 3D.
За решаването на уравненията често е необходима допълнителна информация под формата на уравнение на състоянието. То свързва термодинамичните свойства (обикновено налягането и температурата) едно с друго за определен вид флуид. Пример за това е уравнението на състоянието "идеален газ", което свързва налягането, температурата и плътността и работи добре за газове при нормално налягане (като въздуха при атмосферно налягане).
- Уравнението на Поазюл
- Теорема на Бернули
- Уравнения на Навие-Стокс
Свързани страници
Въпроси и отговори
В: За какво се говори в "Динамика на флуидите"?
О: Динамиката на флуидите разказва за това как работят флуидите (течности и газове).
В: Кой изучава динамика на флуидите?
О: Динамиката на флуидите се изучава от физици, математици и инженери.
В: Как математиката може да опише как се движат флуидите?
О: Математиката може да опише движението на флуидите, като използва математически формули, наречени уравнения.
В: Как се нарича динамиката на флуидите в газовете?
О: Динамиката на флуидите на газовете се нарича аеродинамика.
В: Защо е важно да разберем как се държат флуидите?
О: Разбирането на поведението на флуидите ни помага да разберем неща като полета или океанските течения.
В: Как компютърните програми могат да използват математическите уравнения на динамиката на флуидите?
О: Компютърните програми могат да използват математическите уравнения на динамиката на флуидите, за да моделират и предсказват действията на движещи се флуиди.
В: Как се нарича изучаването на динамиката на флуидите с помощта на компютри?
О: Изследването на това как динамиката на флуидите може да се извършва с помощта на компютри се нарича изчислителна динамика на флуидите (или накратко CFD).
