in de fysica heeft fluid flow allerlei aspecten — stabiel of onvast, samendrukbaar of niet-samendrukbaar, visceus of niet-visceus, en rotatie of irrotatie, om er maar een paar te noemen. Sommige van deze kenmerken weerspiegelen de eigenschappen van de vloeistof zelf, en anderen richten zich op hoe de vloeistof beweegt.
merk op dat de vloeistofstroom zeer complex kan worden wanneer het turbulent wordt. Natuurkundigen hebben geen elegante vergelijkingen ontwikkeld om turbulentie te beschrijven, want hoe turbulentie werkt hangt af van het individuele systeem — of je water door een pijp laat stromen of lucht uit een straalmotor laat stromen. Meestal, je moet toevlucht nemen tot computers om problemen die vloeibare turbulentie te behandelen.
gelijkmatigheid van de vloeistof: constante of onvaste stroom
de vloeistofstroom kan stabiel of onvast zijn, afhankelijk van de snelheid van de vloeistof:
-
Rustig. Bij een constante vloeistofstroom is de snelheid van de vloeistof constant op elk punt.
-
onvast. Wanneer de stroom onstabiel is, kan de snelheid van de vloeistof verschillen tussen twee punten.
stel je bijvoorbeeld voor dat je naast een beek zit en merk op dat de waterstroom niet stabiel is: je ziet draaikolken en tegenwind en allerlei wervelingen. Stel je snelheidsvectoren voor voor honderd punten in het water, en je krijgt een goed beeld van onstabiele stroom — de snelheidsvectoren kunnen over de hele kaart wijzen, hoewel de snelheidsvectoren over het algemeen de totale gemiddelde stroom van de stroom volgen.
samendrukbaarheid van vloeistof: Samendrukbare of incompressible flow
de vloeistofstroom kan samendrukbaar of incompressible zijn, afhankelijk van of u de vloeistof gemakkelijk kunt comprimeren. Vloeistoffen zijn meestal bijna onmogelijk te comprimeren, terwijl gassen (ook beschouwd als een vloeistof) zijn zeer samendrukbaar.
een hydraulisch systeem werkt alleen omdat vloeistoffen niet te drukken zijn — dat wil zeggen, wanneer je de druk op één plaats in het hydraulische systeem verhoogt, neemt de druk toe om overal in het hele systeem overeen te komen. Gassen, aan de andere kant, zijn zeer samendrukbaar — zelfs wanneer uw fietsband is uitgerekt tot zijn limiet, kunt u nog steeds pompen meer lucht in het door te duwen op de zuiger en knijpen het in.
Vloeistofdikte: viskeuze of niet-viskeuze stroming
vloeistofstroom kan viskeuze of niet-viskeuze stroming zijn. Viscositeit is een maat voor de dikte van een vloeistof, en zeer gloppy vloeistoffen zoals motorolie of shampoo worden viskeuze vloeistoffen genoemd.
viscositeit is eigenlijk een maat voor de wrijving in de vloeistof. Wanneer een vloeistof stroomt, wrijven de lagen van vloeistof tegen elkaar, en in zeer viskeuze vloeistoffen, de wrijving is zo groot dat de lagen van de stroming trekken tegen elkaar en belemmeren die stroom.
de viscositeit varieert meestal met de temperatuur, omdat wanneer de moleculen van een vloeistof sneller bewegen (wanneer de vloeistof warmer is), de moleculen gemakkelijker over elkaar kunnen schuiven. Als je bijvoorbeeld pancake siroop giet, merk je misschien dat het erg dik is in de fles, maar de siroop wordt vrij vloeibaar als het zich over de warme pannenkoeken verspreidt en opwarmt.
Fluid spinning: Rotatie-of irrotatiestroom
de vloeistofstroom kan rotatie-of irrotatie zijn. Als, terwijl je in een gesloten lus reist, je alle componenten van de vloeistofsnelheidsvectoren langs je pad optelt en het eindresultaat niet nul is, dan is de stroom rotatie.
om te testen of een stroom een rotatiecomponent heeft, kunt u een klein object in de stroom plaatsen en het door de stroom laten dragen. Als het kleine object draait, is de stroom rotatie; als het object niet draait, is de stroom irrotatie.
kijk bijvoorbeeld naar het water dat in een beek stroomt. Het draait rond stenen, krult rond obstakels. Op dergelijke locaties heeft de waterstroom een rotatiecomponent.
sommige stromen waarvan je denkt dat ze roterend zijn, zijn eigenlijk irroterend. Bijvoorbeeld, weg van het centrum, is een vortex eigenlijk een irroterende stroom! Je kunt dit zien als je kijkt naar het water dat uit je bad loopt. Als je een klein drijvend object in de stroom plaatst, gaat het rond het stopgat, maar het draait niet om zichzelf; daarom is de stroom irrotationeel.
anderzijds kunnen stromen die geen schijnbare rotatie hebben, in feite rotatie zijn. Neem bijvoorbeeld een schuifstroom. In een schuifstroom beweegt alle vloeistof in dezelfde richting, maar de vloeistof beweegt sneller aan één kant. Stel dat de vloeistof aan de linkerkant sneller beweegt dan aan de rechterkant. De vloeistof beweegt helemaal niet in een cirkel, maar als je een klein zwevend object in deze stroom plaatst, is de stroom aan de linkerkant van het object iets sneller, zodat het object begint te draaien. De stroming draait.