Mehanika fluida

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

 *