Virtausdynamiikka

Virtausdynamiikka on virtausmekaniikkaan kuuluva tieteenhaara, joka tutkii epäkiinteiden materiaalien (nesteet ja kaasut) liikettä eli virtaamista. Virtausdynamiikalla pyritään selittämään ja ennustamaan virtauksiin liittyviä ilmiöitä kuten turbulenssi ja laminaarinen virtaus.

Lentokoneen aiheuttama turbulenssi on havainnollistettu värillisen savun avulla.

Virtausdynamiikka jaetaan edelleen moniin alahaaroihin, muun muassa aerodynamiikkaan ja hydrodynamiikkaan. Aerodynamiikka tutkii ainoastaan kaasujen liikettä ja hydrodynamiikka taas vain nesteiden liikettä.

Fluideissa molekyylien väliset sidokset ovat heikkoja ja ominaista niille on vähäinen tangentiaalisten voimien vastustuskyky ja muodon puute. Niitä voi siis helposti leikata toisin kuin kiinteitä aineita, jotka säilyttävät muotonsa ja vastustavat hyvin leikkausvoimia. Fluidit voidaan jakaa newtonilaisiin ja ei-newtonilaisiin fluideihin. Isaac Newtonin mukaan nimettyjen newtonilaisten fluidien viskositeetti ei riipu fluidin leikkausjännityksen suuruudesta eli siitä millä nopeudella molekyylit liikkuvat toistensa suhteen tangentiaalisesti. Tällaisia lineaarisia fluideja ovat esimerkiksi vesi ja ilma. Sen sijaan monet tahmeat aineet, kuten maali ovat ei-newtonilaisia fluideja ja niiden viskositeetti riippuu niihin kohdistetun leikkausvoiman suuruudesta ja toisinaan jopa ajasta. Reologia tutkii ei-newtonilaisten fluidien ja pehmeiden aineiden virtausominaisuuksia.

Magnetohydrodynamiikka tutkii sähköä johtavien aineiden virtausominaisuuksia sähkömagneettisissa kentissä. Magnetohydrodynamiikan alaan kuuluvat muun muassa plasmat, nestemäiset metallit ja suolaliuokset.

Aiheesta muualla

• Thuneberg, Erkki: Hydrodynamiikka (pdf) (virtausopin kurssin luentomoniste) users.aalto.fi. Oulun yliopisto, Fysiikan laitos.