Fluid

Fluid je termin iz fizike koji označava materiju koja se neprestano deformiše pod uticajem nekog tangencijalnog napona. Fluidi su faze materije i uključuju tečnosti i gasove, a taj zajednički naziv ukazuje na njihova zajednička svojstva, pritom ne isključujući njihove razlike.

Fluidi se međusobno prvenstveno razlikuju po stišljivosti. Na primer, gasovi imaju veću stišljivost od tečnosti. Ono po čemu su tečnosti i gasovi slični jeste pokretljivost njihovih molekula.

Karakteristike fluida 
 Pritisak u fluidu deluje ravnomerno u svim pravcima;
 Fluidi se kreću pod uticajem razlika u pritisku;
 Fluidi pružaju otpor pri kretanju.

Ove karakteristike zavise od tečljivosti (osobina suprotna od stišljivosti) i gustine fluida.

Gasovi i pare su stišljivi i menjaju zapreminu pri promeni pritiska. Međutim, ukoliko se gas kreće i pri tome se njegov pritisak ne menja znatno, njegova gustina će se sporo menjati. U tom slučaju gas ima sve iste karakteristike  kao i tečnost.

Tečnosti se mogu smatrati nestišljivim, što znači da tečnost ne menja svoju zapreminu pod uticajem pritiska. Tečne supstance nemaju stalan oblik, ali imaju stalnu zapreminu jer su privlačne sile među njihovim molekulima slabije, te se mogu slobodnije kretati. Tečnosti lako menjaju svoj oblik, odnosno lako zauzimaju oblik posude u kojoj se nalaze.

Tečnosti i gasovi se prvenstveno razlikuju po stišljivosti, koja je kod gasova znatno veća nego kod tečnosti. Štaviše, tečnosti se često aproksimativno tretiraju kao potpuno nestišljivi fluidi. Takva aproksimacija je prihvatljiva samo u kontekstu upoređivanja tečnosti sa gasovima. Međutim, u poređenju sa čvrstim telima, stišljivost tečnosti nije zanemarljiva. Zajedničko kod tečnosti i gasova je to što njihovi molekuli imaju relativno veliku pokretljivost, znatno veću od molekula čvrstih tela.

Gustina i viskoznost fluida 

Gustina (ρ) definisana je kao masa (m) jedinične zapremine (V). Gustina nestišljivih fluida se ne menja, za razliku od gustine stišnjivih fluida, gde je gustina proporcionalna pritisku.

Viskoznost - vodi poreklo od latinske reči viscum, koja znači lepak, i ima značenje suprotno od „tečljiv“. Ulje, med, glicerin itd. su viskoznije, odnosno manje tečljive tečnosti od vode, alkohola, benzina itd.

Viskozniji fluidi daju veći otpor pri kretanju. Tečnosti su viskoznije od gasova. Viskoznost se može definisati kao makroskopski efekat mikroskopske razmene impulsa u fluidu. Tečnosti sa većom viskoznošću manje prskaju kada se na njih deluje istom silom ili ih se sipa istom brzinom. Viskoznost zavisi od temperature fluida. Viskoznost tečnosti sa porastom temperature opada. Viskoznost gasova menja se drukčije s promenom temperature. Ona se povećava s porastom temperature.

Viskoznost je rezultat unutrašnjeg trenja u fluidu, pa se i meri silom trenja koja se javlja pri kretanju. Ako se želi da izračuna veličina sile koja se mora upotrebiti da bi se gornji sloj kretao nekom brzinom, jasno je da će ona prvenstveno zavisiti od same prirode fluida u kome se ovi slojevi posmatraju. Ukoliko je fluid viskozniji, utoliko će biti potrebna veća sila. Ta veličina, koja zavisi od prirode fluida nazica se dinamička viskoznost i označava se sa η. Osim viskoznosti samog fluida, na veličinu sile utiču i veličina površine slojeva, kao i brzina. Ukoliko su oni veći, utoliko će biti i potrebna veća sila da bi se postigla određena brzina. I najzad, ukoliko su slojevi udaljeniji, biće potrebna manja sila da bi se postigla željena relativna brzina.

Statika fluida 
Stanje fluida koji se ne kreće određeno je njegovom gustinom i statičkim pritiskom. Fluid uvek vrši pritisak na zidove suda u kome se nalazi. 

Sila kojom on deluje na zidove suda je posledica statičkog pritiska. Natpritisak je razlika ukupnog i atmosferskog pritiska. Instrumenti za merenje pritiska mere statički pritisak. Pijezometarska cev i manometar sa tečnošću mere razliku pritisaka. Burdanov manometar meri apsolutni pritisak ili razliku merenog i atmosferskog pritiska.

Strujanje fluida 

Stanje fluida koji struji određeno je gustinom, pritiskom i brzinom. Jednačina kontinuiteta predstavlja oblik zakona održanja mase. Za isto vreme kroz svaki presek cevnog voda protekne ista masa. Odavde se dobija da je kod nestišljivig fluida koji se kreće brzinom v kroz poprečni presek S, protok Q, konstantan:

Suženjem preseka povećava se brzina strujanja fluida. Brzine u dva preseka odnose se obrnuto proporcionalno površinama preseka. Protok se može meriti neposredno i posredno. Neposredno merenje protoka zasniva se na merenju mase ili zapremine koja protekne u jedinici vremena.

Svaki fluid koji se kreće ima tri vida energije - potencijalnu, kinetičku i energiju pritiska. Savlađujući otpore izazvane silom trenja, fluid u toku kretanja troši energiju. Pri prolazu kroz crpku, fluid dobija energiju za svoje kretanje. Bernulijeva jednačina može se primeniti samo kada se sme zanemariti izgubljena i dovedena energija.

Prigušnicima se promena kinetičke energije (brzine) meri promenom energije pritiska. Rotometar je najčešće korišćeni posredni merač protoka. 

Strujanje fluida može biti slojevito - laminarno, i vrtložno-turbulentno. Bezdimenzioni Rejnoldsov kriterijum omogućava određivanje režima strujanja.

Prelazna vrednost Rejnoldsovog kriterijuma je 2300. Pri laminarnom strujanju postoje veće razlike brzina u fluidu nego pri vrtložnom. Granični sloj ima veliki uticaj na brzinu svih ostalih operacija. Povećanje brzine strujanja vodi smanjenju debljine graničnog sloja.

Mešanje tečnosti 
Mešanjem se homogenizuju suspenzije i emulzije. Primenjuje se i kada je potrebno ubrzati grejanje ili rastvaranje. Mešalice se dele na mehaničke i pneumatske. Energija koja se troši na mešanje najviše zavisi od viskoznosti tečnosti, dimenzija mešalice i brzine kretanja.

Transport fluida 
Mašine za pokretanje fluida dele se na crpke za tečnosti (crpke) i crpke za gasove (ventilatori). 

Najčešće se koriste centrifugalne crpke jer su jednostavne i rade kontinualno. Klipne i rotacione crpke mogu da ostvare velike pritiske u potisnom vodu. Centrifugalni ventilatori ostvaruju veće razlike pritisaka nego aksijalni ventilatori.

Idealni fluid 

Idealni fluid je najjednostavniji model idealizacije u mnogim problemima dinamike fluida. Idealni fluid se definiše kao neprekidna, neuništiva sredina koja se kreće se bez unutrašnjeg trenja. Kod idealnog fluida, zapreminska masa se takođe ne menja, tj. ostaje stalna. U najužem smislu reči, to je neprekidna sredina koja poseduje sledeća svojstva: ne postoji unutrašnje trenje među slojevima (viskoznost) i nestišljiva je.

Pojam idealnog fluida se razlikuje od pojma idealnog gasa. Model idealnog gasa izražava diskontinualnost, čestičnu strukturu gasa. Njime se gas predstavlja kao skup ogromnog broja molekula, koji se zamišljaju kao idealno elastične čestice koje uzajamno deluju samo u direktnim međusobnim sudarima i udarima o zidove suda.

Kretanje idealnog fluida 
Kretanje idealnog fluida karakterišu četiri osnovna makroskopska parametra: gustina, pritisak, temperatura i brzina delića fluida. U ovom slučaju pod pojmom „delić“ podrazumeva se deo supstancije obuhvaćene elementarnom zapreminom, čije se dimenzije u određenim odnosima mogu zanemariti.

Stacionarno proticanje je najjednostavniji oblik kretanja fluida. Kod stacionarnog proticanja nema nagomilavanja delića fluida, niti njihovog vrtložnog kretanja.

Stanje stacionarnog strujanja je stanje u kojem se idelan fluid nalazi ako se u nekoj tački prostora (unutar cevi kroz koju protiče idealan fluid) brzine čestice ne menjaju u toku vremena. Kad je strujanje idealnog fluida u pitanju, ono je uvek stacionarno jer je unutrašnje trenje tog strujanja važan preduslov za stvaranje vrtloga. Pri tome, brzina kretanja čestice može biti različita od tačke do tačke duž njene putanje. Međutim, u bilo kojoj tački prostora brzine svih čestica koje prođu kroz tu tačku su jednake. Ako se, pak, ovi parametri menjaju u toku vremena u datoj tački, onda je kretanje fluida nestacionarno.

Vidi još 
 Dinamika fluida
 Mehanika fluida
 Tečnost
 Gas
 Jednačina kontinuiteta
 Bernulijeva jednačina

Literatura 
 Božidar Žižić - "Kurs opšte fizike: molekularna fizika, termodinamika, mehanički talasi", Građevinska knjiga, 1988., . .;
 Byron, Bird, Stewart, Warren, Lightfoot, Edward - "Transport Phenomena" Wiley, Second Edition, New York, 2007.

Spoljašnje veze 

 Naučni časopis "Fizika fluida"

Fizička hemija
Mehanika fluida
Dinamika fluida