Dinámica de fluidos
En física e ingeniería , la dinámica de fluidos es una subdisciplina de la mecánica de fluidos que describe el flujo de fluidos : líquidos y gases . Tiene varias subdisciplinas, incluida la aerodinámica (el estudio del aire y otros gases en movimiento) y la hidrodinámica (el estudio de los líquidos en movimiento). La dinámica de fluidos tiene una amplia gama de aplicaciones, incluido el cálculo de fuerzas y momentos en aeronaves , la determinación del caudal másico de petróleo a través deoleoductos , predecir patrones meteorológicos , comprender nebulosas en el espacio interestelar y modelar la detonación de armas de fisión .
La dinámica de fluidos ofrece una estructura sistemática, que subyace en estas disciplinas prácticas, que abarca leyes empíricas y semiempíricas derivadas de la medición del flujo y que se utilizan para resolver problemas prácticos. La solución a un problema de dinámica de fluidos generalmente implica el cálculo de varias propiedades del fluido, como la velocidad del flujo , la presión , la densidad y la temperatura , como funciones del espacio y el tiempo.
Antes del siglo XX, la hidrodinámica era sinónimo de dinámica de fluidos. Esto todavía se refleja en los nombres de algunos temas de dinámica de fluidos, como magnetohidrodinámica y estabilidad hidrodinámica , los cuales también se pueden aplicar a los gases. [1]
Los axiomas fundamentales de la dinámica de fluidos son las leyes de conservación , específicamente, la conservación de la masa , la conservación del momento lineal y la conservación de la energía (también conocida como Primera Ley de la Termodinámica ). Estos se basan en la mecánica clásica y se modifican en la mecánica cuántica y la relatividad general . Se expresan mediante el teorema de transporte de Reynolds .
Además de lo anterior, se supone que los fluidos obedecen la suposición del continuo . Los fluidos están compuestos por moléculas que chocan entre sí y objetos sólidos. Sin embargo, la suposición del continuo asume que los fluidos son continuos, en lugar de discretos. En consecuencia, se supone que propiedades como la densidad, la presión, la temperatura y la velocidad del flujo están bien definidas en puntos infinitesimalmente pequeños del espacio y varían continuamente de un punto a otro. Se ignora el hecho de que el fluido está formado por moléculas discretas.
Para fluidos que son lo suficientemente densos para ser un continuo, no contienen especies ionizadas y tienen velocidades de flujo pequeñas en relación con la velocidad de la luz, las ecuaciones de cantidad de movimiento para los fluidos newtonianos son las ecuaciones de Navier-Stokes, que es un conjunto no lineal. de ecuaciones diferenciales que describe el flujo de un fluido cuya tensión depende linealmente de los gradientes de velocidad del flujo y la presión. Las ecuaciones no simplificadas no tienen una solución general de forma cerrada , por lo que son principalmente de uso en dinámica de fluidos computacional.. Las ecuaciones se pueden simplificar de varias maneras, todas las cuales las hacen más fáciles de resolver. Algunas de las simplificaciones permiten resolver algunos problemas simples de dinámica de fluidos en forma cerrada. [ cita requerida ]
