Khác biệt giữa bản sửa đổi của “Động lực học chất lưu”

[[Tập_tin:Teardrop_shape.svg|nhỏ|300x300px|Một hình dạng đặc trưng trong khí động học, giả định một môi trường nhớt từ trái qua phải, biểu đồ thể hiện phân bố áp suất như trên đường viền màu đen (độ dày của đường màu đen lớn đồng nghĩa với áp suất lớn và ngược lại), và vận tốc trong lớp biên bằng các tam giác màu tím. Các thiết bị tạo xoáy màu xanh thúc đẩy quá trình quá độ lên dòng chảy rối và ngăn cản dòng chảy ngược (sự phân chia dòng chảy) từ vùng có áp suất cao ở phía sau. Bề mặt trước rất trơn nhẵn, thậm chí giống như da cá mập, bởi vì nếu dòng không khí bị rối ở đây sẽ làm giảm năng lượng của nó. Phần đuôi cụt phía sau (còn được gọi là [[Kammback]]) cũng ngăn cản dòng chảy ngược từ vùng áp suất cao phía sau xuyên qua các tấm lái ngang đến vùng hội tụ ở phái trước. ]]Trong [[vật lý học]], động lực học chất lưu là một nhánh của cơ học chất lưu, giải quyết các vấn đề của dòng chảy chất lưu – [[khoa học tự nhiên]] về  chuyển động chất lưu (chất lỏng và các chất khí). '''Động lực học chất lưu''' cũng có vài nhánh nhỏ bao gồm: [[Khí động lực học]] (nghiên cứu chuyển đông của không khí và các chất khí khác) và '''Thủy động lực học''' (nghiên cứu chuyển động của chất lỏng). Động lực học chất lưu có rất nhiều ứng dụng như tính toán lực và mô men trên khí cụ bay, xác định lưu lượng khối lượng của xăng dầu trong các đường ống, dự đoán các mô hình thời tiết, giải thích tinh vân giữa các vì sao và mô hình hóa các vụ nổ vũ khí phân hạch. Một số nguyên tắc của nó thậm chí còn được sử dụng trong kỹ thuật giao thông trong đó chuyển động giao thông được coi như là chuyển động của một chất lỏng liên tục.

 

 

:Trong công thức trên, ''h'' là enthalpy, ''k'' là độ dẫn nhiệt của chất lưu, ''T'' là nhiệt độ, và <math>\Phi</math> hàm tiêu nhớt. Hàm tiêu nhớt chi phối tốc độ năng lượng cơ học của dòng chảy chuyển thành nhiệt. Định luật thứ hai của nhiệt động lực yêu cầu <math>\Phi</math> phải luôn luôn dương, tức là: độ nhớt không thể tạo ra năng lượng bên trong khối thể tích kiểm tra.<ref>White, F.M., ''Viscous Fluid Flow'', McGraw–Hill, 1974.</ref> Biểu thức phía bên trái là một đạo hàm hữu hình (Material derivative).

Tất cả các chất lỏng đều được nén ở một mức độ nào đó, do những thay đổi của áp suất hay nhiệt độ gây ra sự thay đổi mật độ. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, sự thay đổi của áp suất và nhiệt độ là đủ nhỏ do đó những thay đổi về mật độ là không đáng kể. Trong những trường hợp như vậy, dòng chảy có thể được coi như là dòng chảy không nén được. Trong trường hợp ngược lại thì các phương trình tổng quát của dòng chảy nén được sẽ được sử dụng.

 

 

Đối với dòng chảy của các khí, để xác định được rằng nên sử dụng động lực học chất lưu nén được hay động lực học chất lưu không nén được, thì cần đánh giá dựa trên [[số Mach]] của dòng chảy. Tính nén được có thể được bỏ qua nếu số Mach thấp hơn 0,3. Đối với chất lỏng, giả định không nén được có hợp lý hay không phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng (đặc biệt là áp suất tới hạn và nhiệt độ của chất lỏng) và các điều kiện dòng chảy (áp suất của dòng chảy thực tế có gần với áp suất tới hạn hay không). Các bài toán về âm thanh luôn yêu cầu phải tính đến tính nén được, bởi vì các sóng âm là sóng nén được nếu có sự thay đổi về áp suất và mật độ trong môi trường mà chúng truyền qua.

[[Tập_tin:Flow around a wing.gif|nhỏ|Dòng chảy tiềm năng xung quanh một vật thể dạng cánh máy bay]]Tất cả các chất lưu đều có tính nhớt, có nghĩa là chúng có khả năng chống biến dạng: các khối chất lưu cạnh nhau di chuyển với các vận tốc khác nhau tác dụng lực nhớt vào nhau. Gradient vận tốc được xem như là tốc độ biến dạng; nó có đơn vị là '''''T⁻¹'''''. Isaac Newton cho rằng đối với nhiều chất lưu quen thuộc như nước và không khí, ứng suất gây da bởi những lực nhớt này có quan hệ tuyến tính với tốc độ biến dạng. Các chất lưu như vậy được gọi là chất lưu Newton. Hệ số tỉ lệ được gọi là độ nhớt của chất lưu; đối với chất lưu Newton, độ nhớt là một thuộc tính không phụ thuộc vào tốc độ biến dạng.

 

Một phương pháp thường được sử dụng{{citation needed|date=June 2015}}, đặc biệt là trong động lực học chất lưu điện toán (CFD), là sử dụng hai mô hình dòng chảy: các phương trình Euler cho vùng dòng chảy xa vật thể, và các phương trình lớp biên cho vùng dòng chảy gần vật thể. Hai lời giải này sau đó được kết hợp với nhau, bằng cách sử dụng Phương pháp mở rộng tiệm cận phù hợp ([[Method of matched asymptotic expansions]]).

 

 

Các dòng chảy rối là được định nghĩa là các dòng chảy không ổn định. Một dòng chảy rối có thể, tuy nhiên, ổn định về mặt thống kê. Theo Pope:<ref>See Pope (2000), page 75.</ref>{{quote|text=|sign=|source=|

Các dòng chảy ổn định thường dễ xử lý hơn các dòng chảy không ổn định tương đương. Các phương trình trong một bài toán ổn định có ít hơn hơn một đơn vị (đơn vị thời gian) so với các phương trình của cùng bài toán nếu trường dòng chảy là không ổn định.

 

Dòng chảy rối là dòng chảy được đặc trưng bởi sự tuần hoàn khép kín, các xoáy nước, và sự ngẫu nhiên rõ ràng. Ngược lại, dòng chảy trong đó các đặc trưng rối không xuất hiện được gọi là dòng chảy tầng. Cần lưu ý, tuy nhiên, sự hiện diện của xoáy nước hoặc tuần hoàn khép kín không nhất thiết biểu thị dòng chảy rối - các hiện tượng này cũng có thể xuất hiện trong dòng chảy tầng. Về mặt toán học, dòng chảy rối thường được biểu diễn thông sự phân tách Reynolds, trong đó dòng chảy được chia thành tổng của một thành phần trung bình và một thành phần dao động.

 

Hầu hết các dòng chảy trong thực tế có số Reynolds quá cao vì vậy việc mô phỏng số trực tiếp DNS là một lựa chọn không khả thi, [8] thậm chí với sự tiến bộ của máy điện toán trong vài thập kỷ tới. Mọi phương tiện bay đủ lớn để có thể mang theo một con người (L> 3 m), di chuyển nhanh hơn 72&nbsp;km/h (20&nbsp;m/s) đều vượt quá xa giới hạn của mô phỏng DNS (Re = 4.000.000). Cánh máy bay vận tải (chẳng hạn Airbus A300 hoặc Boeing 747) có số Reynolds khoảng 40 triệu (dựa trên góc tấn). Việc tìm lời giải cho các dòng chảy thực tế này cần đến các mô hình dòng chảy rối trong tương lai gần. Các phương trình Navier-Stokes được trung bình bởi Reynolds (RANS) kết hợp với việc mô hình hóa dòng rối tạo ra một mô hình tác động của dòng chảy rối. Một mô hình như vậy sẽ cung cấp giá trị truyền động lượng bổ sung được tạo ra bởi các ứng suất Reynolds, mặc dù sự rối cũng làm tăng truyền nhiệt và khối lượng. Một phương pháp đầy hứa hẹn nữa đó là mô phỏng xoáy lớn (LES), và mô phỏng xoáy tách rời (DES) - một sự kết hợp của mô hình rối RANS và mô phỏng xoáy lớn LES.

 

Trong khi nhiều dòng chảy trên mặt đất (ví dụ dòng chảy của nước trong đường ống) diễn ra với các số Mach thấp, nhiều dòng chảy thực tế khác (ví dụ trong khí động học) diễn ra với số Mach cao M = 1 hoặc lớn hơn (các dòng siêu âm). Việc này kéo theo các hiện tượng khác (ví dụ như sóng xung kích của dòng vượt âm tốc, bất ổn định cận âm trong dòng chảy có M xấp xỉ 1, mất cân bằng hóa học do sự ion hóa trong các dòng siêu âm), do đó các chế độ dòng chảy này cần được xử lý theo các cách khác nhau.

Từ thủy động lực học là ngành khoa học nghiên cứu dòng chảy của chất lưu dẫn điện trong trường điện từ. Ví dụ về các chất lưu như vậy bao gồm huyết tương, kim loại lỏng, và nước muối. Các phương trình dòng chảy chất lưu được giải đồng thời với các phương trình điện từ của Maxwell.

===Các ước lượng gần đúng===

Có một số lượng lớn các ước lượng gần đúng phục vụ cho việc tìm lời giải của các bài toàn động lực học chất lưu. Dưới đây là một số ước lượng gần đúng thường được sử dụng.

Một số thuật ngữ cần thiết trong việc nghiên cứu động lực học chất lưu không tìm thấy được ở các lĩnh vực nghiên cứu tương tự khác. Đặc biệt, một số thuật ngữ được sử dụng trong động lực học chất lưu không được dùng trong tĩnh học chất lưu.

 

Các khái niệm về tổng áp suất và áp suất động học bắt nguồn từ phương trình Bernoulli và chúng rất quan trọng trong việc nghiên cứu các dòng chất lưu. (Hai loại áp suất này không phải là áp suất thông thường – chúng không thể đo được bằng hộp đo khí áp, ống Bourdon, hay cột thủy ngân). Để tránh sự nhầm lẫn khi đề cập đến áp suất trong động lực học chất lưu, nhiều tác giả sử dụng cụm từ áp lực tĩnh để phân biệt với tổng áp suất và áp suất động. Áp suất tĩnh hay đơn giản là áp suất, có thể được xác định tại mỗi điểm trong một trường dòng chảy chất lưu.

 

Một điểm trong một dòng chảy chất lưu mà tại đó dòng chảy đã ngừng chảy (nghĩa là tốc độ bằng không, ví dụ như tại các điểm liền kề với một số vật thể rắn chìm trong dòng chất lưu) có một ý nghĩa đặc biệt. Vì tầm quan trọng của nó mà nó được đặt tên riêng là – Điểm ứ đọng. Áp suất tĩnh tại điểm ứ đọng được đặt tên riêng là – Áp suất ứ đọng. Trong các dòng chảy không nén được, áp suất ứ đọng tại một điểm ứ đọng bằng với tổng áp xuyên suốt trường dòng chảy.

 

Trong một chất lưu nén được, chẳng hạn như không khí, nhiệt độ và mật độ là rất cần thiết khi xác định trạng thái của chất lưu. Ngoài khái niệm tổng áp suất (còn gọi là áp suất ứ đọng), các khái niệm về tổng nhiệt độ (hay nhiệt độ ứ đọng) và tổng mật độ (hay mật độ ứ đọng) cũng rất cần thiết trong bất kỳ nghiên cứu nào về dòng chảy chất lưu nén được. Để tránh nhầm lẫn khi đề cập đến nhiệt độ và mật độ, nhiều tác giả sử dụng các thuật ngữ nhiệt độ tĩnh và mật độ tĩnh. Nhiệt độ tĩnh tức là nhiệt độ; và mật độ tĩnh cũng tức là mật độ; cả hai có thể được xác định tại mỗi điểm trong một trường dòng chảy chất lưu.

 

Nhiệt độ và mật độ tại một điểm ứ đọng được gọi là nhiệt độ ứ đọng và mật độ ứ đọng.

 

===Lĩnh vực nghiên cứu===

{{columns-list|colwidth=25em|

*[[Định luật Torricelli]]

}}

 

==Tham khảo==

 

==Đọc thêm==

 

[[Thể loại:Động lực học chất lưu| ]]