Mehanika fluida je grana fizike koja se bavi mehanikom - dakle proučavanjem sila i kretanja - uzrokovanih od i na samim fluidima. Ovo je jedno od najkompleksnijih područja mehanike te osim područja klasične mehanike zalazi i u stohastičke procese i teoriju haosa koja je i evoluirala iz proučavanja pojava u mehanici fluida (turbulencija, meteorologija).
Pojam fluida
Iako se s mehanikom fluida najčešće povezuje pojam "tekućina", pojam "fluid" obuhvata svu materiju koja se ne nalazi u krutom stanju, dakle sve tekućine, plinove i plazmu.
Pretpostavke
Kao i svaki drugi matematički model u realnom svijetu, mehanika fluida napravila je nekoliko osnovnih pretpostavki o materijalima koji se proučavaju.
Mehanika fluida pretpostavlja da se svaki fluid pokorava slijedećem:
Zakon održanja mase Zakon održanja momenta Hipoteza o kontinuumu (više u daljem tekstu).
Hipoteza kontinuuma
Fluidi se sastoje od molekula koje se sudaraju međusobno, kao i sa okolnim preprekama. Pretpostavka kontunuuma, međutim, smatra fluide neprekidnim. To jest, osobine, kao što su gustoća, pritisak, temperatura i brzina, su dobro definisane u "beskonačno" malim tačkama, definišući REZ (Referentni Element Zapremine), u geometrijskom redu udaljenosti između svije susjedne molekule fluida. Pretpostavlja se da osobine variraju nepredno od jedne do druge tačke, te su predstavljene kao srednje vrijednosti u REZ-u. Činjenica da se fluid sastoji od diskretnih molekula je zanemarena.
Navier-Stokesove jednačine
Opći oblik jednačine
Opći oblik Navier-Stokesovih jednačina za očuvanje momenta je:
gdje je
gustoća fluida, materijalna derivacija, vektor brzine, vektor masene sile, i tenzor koji predstavlja površinske sile koje djeluju na fluidni djelić
Općenito, (u tri dimenzije) ima oblik:
gdje je
normalni napon, i su tangencijalni naponi.
Gore napisano je, u stvari, sistem od tri jednačine, jedna po svakoj dimenziji. Same, ove jednačine nisu dovoljne da bi se dobilo rješenje. Međutim, prema zakonu o održanju mases i određenim graničnim uslovima u sistemu jednačina može se dobiti sistem rješivih jednačina.
Newtonski i nenewtonski fluidi
Jednačine za newtonski fluid
Konstantna proporcionalnosti između tangencijalnog napona i gradijenta brzine je poznata kao visokoznost (naziva se i dinamički koeficijet viskoznosti, a obilježava se sa ). Jednostavna jednačina, koja opisuje ponašanje newtonskog fluida glasi:
gdje je tangencijalni napon koji trpi fluid ("otpor") viskoznost fluida - konstanta proporcionalnosti gradijent brzine okomit na pravac tangencijalnog napona
Mehanika fluida u mašinstvu
Mehanika fluida jedno je od ključnih područja proučavanja unutar mašinstva.
Grane mehanike fluida
Statika fluida Dinamika fluida Računarska dinamika fluida
Također pogledajte
Primijenjena mehanika Sekundarni protok Bernoullijev princip Kapilarna površina
Zabilješke
Reference
White, Frank M. (2003). Fluid Mechanics. McGraw-Hill. Ira M. Cohen, Pijush K. Kundu. "Fluid Mechanics - 4th ed." Academic Press, . Massey, B. & Ward-Smith, J. (2005). Mechanics of Fluids - 8th ed. Taylor & Francis, .
Vanjski linkovi
Annual Review of Fluid Mechanics CFDWiki—the Computational Fluid Dynamics reference wiki. Educational Particle Image Velocimetry - resources and demonstrations