Гидроаэродинамика
Динамика жидкостей рассказывает о том, как работают жидкости (жидкости и газы). Это один из старейших разделов физики, который изучают физики, математики и инженеры. Математики могут описать движение жидкостей с помощью математических формул, называемых уравнениями. Гидродинамика газов называется аэродинамикой.
Понимание того, как ведут себя жидкости, помогает нам понять такие вещи, как полет или океанские течения. Например, гидродинамика может быть использована для понимания погоды, поскольку облака и воздух являются жидкостями. Гидродинамика также может быть использована для понимания того, как самолеты летают по воздуху или как корабли и подводные лодки движутся по воде.
Компьютерные программы могут использовать математические уравнения гидродинамики для моделирования и прогнозирования действий движущихся жидкостей. Компьютеры очень сильно помогли нам понять гидродинамику, и некоторые люди изучают моделирование или симуляцию жидкостей только с помощью компьютера. Изучение того, как гидродинамика может быть выполнена с помощью компьютеров, называется вычислительной гидродинамикой (сокращенно CFD).
Важные уравнения в гидродинамике
Математические уравнения, управляющие потоками жидкости, просты для понимания, но очень сложны для решения. В большинстве реальных случаев нет возможности получить решение, которое можно записать, и для расчета ответа приходится использовать компьютер. Существует три фундаментальных уравнения, основанных на трех правилах.
Сохранение массы: масса не создается и не уничтожается, она просто перемещается из одного места в другое. Это дает уравнение сохранения массы. Иногда это может быть неприменимо, например, в потоке, включающем химическую реакцию.
Сохранение энергии: это первый закон термодинамики, энергия никогда не создается и не уничтожается, она просто меняет форму (т.е. кинетическая энергия превращается в потенциальную) или перемещается.
Сохранение импульса: это второй закон Ньютона, который гласит, что сила = скорость изменения импульса. Момент - это масса, умноженная на скорость. Уравнения импульса - это уравнения, которые затрудняют решение задач в гидродинамике. Существует несколько различных версий, которые включают в себя ряд различных эффектов. Уравнения Навье-Стокса - это уравнения импульса, а уравнения Эйлера - это уравнения Навье-Стокса, но без учета вязкости. В одномерной задаче существует одно уравнение импульса, а в трехмерной - три, по одному в каждом направлении пространства.
Для решения уравнений часто требуется дополнительная информация в виде уравнения состояния. Оно связывает термодинамические свойства (обычно давление и температуру) друг с другом для конкретного типа жидкости. Примером может служить уравнение состояния "идеального газа", которое связывает давление, температуру и плотность и хорошо работает для газов при нормальном давлении (например, воздуха при атмосферном давлении).
- Уравнение Пуазейля
- Теорема Бернулли
- Уравнения Навье-Стокса
Похожие страницы
Вопросы и ответы
В: О чем рассказывает "Динамика жидкостей"?
О: Динамика жидкостей рассказывает о том, как работают жидкости (жидкости и газы).
В: Кто изучает гидродинамику?
О: Динамику жидкостей изучают физики, математики и инженеры.
В: Как математика может описать движение жидкостей?
О: Математика может описать движение жидкостей с помощью математических формул, называемых уравнениями.
В: Как называется гидродинамика газов?
О: Гидродинамика газов называется аэродинамикой.
В: Почему важно понимать, как ведут себя жидкости?
О: Понимание того, как ведут себя жидкости, помогает нам понять такие вещи, как полет или океанские течения.
В: Как компьютерные программы могут использовать математические уравнения гидродинамики?
О: Компьютерные программы могут использовать математические уравнения гидродинамики для моделирования и прогнозирования действий движущихся жидкостей.
В: Как называется изучение того, как гидродинамика может быть выполнена с помощью компьютеров?
О: Изучение динамики жидкости с помощью компьютеров называется вычислительной гидродинамикой (или сокращенно CFD).
