a hidromechanika egyik ága, amely az összenyomhatatlan folyadékok mozgását és szilárd testekkel való kölcsönhatását tanulmányozza. A hidrodinamika módszerei felhasználhatók gázok mozgásának vizsgálatára is, ha e mozgás sebessége lényegesen kisebb, mint a vizsgált gázban a hangsebesség. Ha a gáz a hangsebességet megközelítő vagy meghaladó sebességgel mozog, akkor a gáz összenyomhatósága válik jelentőssé. Ebben az esetben a hidrodinamika módszerei már nem alkalmazhatók; a gázok ilyen típusú mozgását a gázdinamika tanulmányozza.

A hidrodinamika különböző problémáinak megoldásánál a mechanika főbb törvényeit és módszereit alkalmazzák. Ha figyelembe vesszük a folyadékok általános tulajdonságait, olyan megoldásokat kapunk, amelyek lehetővé teszik a sebesség, a nyomás és a nyírófeszültség meghatározását a folyadék által elfoglalt tér bármely adott pontján. Ez lehetővé teszi a folyadék és a szilárd test közötti kölcsönhatás erőinek kiszámítását is. A hidrodinamika szempontjából a folyadék fő tulajdonságai a nagyfokú mozgékonyság, azaz a fluiditás, amelyet a nyírófeszültséggel szembeni alacsony ellenállás és a folytonosság jellemez (a hidrodinamikában a folyadékot folytonos, homogén közegnek tekintik). A hidrodinamikában azt is feltételezik, hogy a folyadéknak nincs húzószilárdsága.

A hidrodinamika elsődleges egyenleteit úgy kapjuk meg, hogy a fizika általános törvényeit egy, a folyadékban elszigetelt tömegű elemre alkalmazzuk, és ezt követően a tömeg által elfoglalt térfogat nullához közeledve egy határértékre térünk át. Az egyik egyenletet, az úgynevezett folytonossági egyenletet a tömegmegmaradás törvényének az elemre való alkalmazásával kapjuk. Egy másik egyenletet (vagy három egyenletet, ha a koordinátatengelyre vetítjük) az impulzus törvényének a folyadék egy elemére való alkalmazásával kapunk. E törvény szerint a folyadék egy elemének lendületében bekövetkező változásnak nagyságrendileg és irányában meg kell egyeznie az adott elemre ható erő lendületével. A hidrodinamikában az általános egyenletek megoldása rendkívül bonyolult lehet. A teljes megoldások nem mindig lehetségesek; csak korlátozott számú speciális esetre kaphatók. Ezért sok problémát egyszerűsíteni kell; ez úgy történik, hogy az egyenletekben elhanyagoljuk azokat a tagokat, amelyek nem lényegesek az áramlási jellemzők meghatározásához egy adott feltételrendszer esetében. Például sok esetben a ténylegesen megfigyelt áramlást elegendő pontossággal lehet leírni, ha a folyadék viszkozitását elhanyagoljuk. Ily módon megkapjuk az ideális folyadékra vonatkozó elméletet; ez az elmélet a hidrodinamika számos problémájának megoldására használható. Azokban az esetekben, amikor a mozgó folyadék nagy viszkozitású (például sűrű olajok), a gyorsulás elhanyagolható, mert az áramlási sebesség változása jelentéktelen. Ez a megközelítés a hidrodinamika számos problémájára ad egy másik közelítő megoldást.

Az úgynevezett Bernoulli-egyenlet különösen fontos az ideális folyadék hidrodinamikájában. Ezen egyenlet szerint egy kis folyadékáram teljes hosszában a p nyomás, a v áramlási sebesség (ρ sűrűségű folyadék esetén) és a vonatkoztatási sík feletti z magasság között a következő összefüggés áll fenn: p + ½ρv2 + ρgz =állandó. Itt g a gravitáció okozta gyorsulás. Ez a hidraulika fő egyenlete.

A viszkózus folyadék mozgására vonatkozó egyenletek elemzése azt mutatja, hogy geometriai és mechanikai szempontból hasonló áramlások esetén a ρvl/μ = Re mennyiségnek állandónak kell lennie. Itt l a problémának megfelelő lineáris dimenzió (például egy áramvonalas test sugara, egy cső keresztmetszeti sugara), ρ a sűrűség, v a sebesség, μ pedig a viszkozitási együttható. Maga a Re mennyiség a Reynolds-szám; ez határozza meg a viszkózus folyadékkal kapcsolatos mozgás jellegét. A Re alacsony értékeinél lamináris áramlás lép fel. Például csővezetékekben lamináris áramlás lép fel, ha Re = vcpd/v ≤ 2,300, ahol d a cső átmérője és v (nu) = μ/ρ. Ha Re nagy, a folyadékban eltűnik a csíkozás, és az egyes tömegek véletlenszerűen elmozdulnak; ez az úgynevezett turbulens áramlás.

A viszkózus folyadékok hidrodinamikájának fő egyenletei csak szélsőséges esetekben bizonyulnak megoldhatónak – vagyis vagy nagyon kis Re esetén, ami (szokásos méretek esetén) nagy viszkozitásnak felel meg, vagy nagyon nagy Re esetén, ami kis viszkozitású folyadékok áramlási viszonyainak felel meg. Az alacsony viszkozitású folyadékok (például víz vagy levegő) áramlására vonatkozó problémák különösen fontosak számos technológiai alkalmazásban. Erre a speciális esetre a hidrodinamikai egyenletek jelentősen egyszerűsíthetők egy olyan folyadékréteg elkülönítésével, amely közvetlenül szomszédos annak a testnek a felületével, amellyel az áramlás érintkezik (az úgynevezett határréteg), és amelynél a viszkozitás nem hanyagolható el. A határrétegen kívül a folyadék ideális folyadékként kezelhető. Az olyan folyadékmozgások jellemzésére, ahol a gravitációnak elsődleges jelentősége van (például a víz felszínén a szél vagy egy elhaladó hajó által keltett hullámok), egy másik dimenzió nélküli mennyiséget vezetnek be: a Froude-számot v2/ gl = Fr.

A hidrodinamika gyakorlati alkalmazásai rendkívül sokrétűek. A hidrodinamikát használják a hajók, repülőgépek, csővezetékek, szivattyúk, hidraulikus turbinák és kiömlő gátak tervezésénél, valamint a tengeri áramlatok, a folyók sodrásának, a talajvíz és a földalatti olajlelőhelyek szűrésének tanulmányozásánál. A hidrodinamika történetét lásd: HYDROAEROMECHANIKA.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.