i fysik, fluid flow har alla typer av aspekter — stadig eller ostadig, komprimerbar eller inkompressibel, viskös eller nonviscous, och roterande eller irrotational, för att nämna några. Några av dessa egenskaper återspeglar egenskaperna hos själva vätskan, och andra fokuserar på hur vätskan rör sig.
Observera att vätskeflödet kan bli mycket komplicerat när det blir turbulent. Fysiker har inte utvecklat några eleganta ekvationer för att beskriva turbulens eftersom hur turbulens fungerar beror på det enskilda systemet — oavsett om du har vatten som strömmar genom ett rör eller luft som strömmar ut ur en jetmotor. Vanligtvis måste du tillgripa datorer för att hantera problem som involverar vätsketurbulens.
vätskans jämnhet: stadigt eller ostadigt flöde
vätskeflödet kan vara stabilt eller ostadigt, beroende på vätskans hastighet:
-
stadigt. I stadigt vätskeflöde är vätskans hastighet konstant vid vilken punkt som helst.
-
ostadig. När flödet är ostadigt kan vätskans hastighet skilja sig mellan två punkter.
Antag till exempel att du sitter vid sidan av en ström och notera att vattenflödet inte är stadigt: du ser virvlar och backwash och alla slags virvlande. Föreställ dig hastighetsvektorer för hundra punkter i vattnet, och du får en bra bild av ostadigt flöde — hastighetsvektorerna kan peka över hela kartan, även om hastighetsvektorerna i allmänhet följer strömmens totala genomsnittliga flöde.
vätskepressbarhet: Komprimerbart eller inkompressibelt flöde
vätskeflöde kan vara komprimerbart eller inkompressibelt, beroende på om du enkelt kan komprimera vätskan. Vätskor är vanligtvis nästan omöjliga att komprimera, medan gaser (även betraktade som en vätska) är mycket komprimerbara.
ett hydraulsystem fungerar bara för att vätskor är inkompressibla — det vill säga när du ökar trycket på en plats i hydraulsystemet ökar trycket för att matcha överallt i hela systemet. Gaser är å andra sidan mycket komprimerbara — även när ditt cykeldäck sträcker sig till sin gräns kan du fortfarande pumpa mer luft in i det genom att trycka ner kolven och klämma in den.
Vätsketjocklek: visköst eller icke-visköst flöde
vätskeflödet kan vara visköst eller icke-visköst. Viskositet är ett mått på tjockleken på en vätska, och mycket gloppy vätskor som motorolja eller schampo kallas viskösa vätskor.
viskositet är faktiskt ett mått på friktion i vätskan. När en vätska flyter, gnider vätskans lager mot varandra, och i mycket viskösa vätskor är friktionen så stor att flödesskikten drar mot varandra och hindrar det flödet.
viskositeten varierar vanligtvis med temperaturen, eftersom när molekylerna i en vätska rör sig snabbare (när vätskan är varmare) kan molekylerna lättare glida över varandra. Så när du till exempel häller pannkakasirap kanske du märker att den är väldigt tjock i flaskan, men sirapen blir ganska rinnande när den sprider sig över de varma pannkakorna och värms upp.
fluid spinning: Rotations-eller irrotationsflöde
vätskeflöde kan vara rotations-eller irrotationsflöde. Om du, när du reser i en sluten slinga, lägger till alla komponenter i vätskehastighetsvektorerna längs din väg och slutresultatet inte är noll, är flödet roterande.
för att testa om ett flöde har en rotationskomponent kan du sätta ett litet objekt i flödet och låta flödet bära det. Om det lilla objektet snurrar är flödet roterande; om objektet inte snurrar är flödet irrotationellt.
titta till exempel på vattnet som strömmar i en bäck. Det virvlar runt stenar, curling runt hinder. På sådana platser har vattenflödet en rotationskomponent.
vissa flöden som du kanske tror är roterande är faktiskt irrotational. Till exempel, bort från mitten, är en virvel faktiskt ett irrotationsflöde! Du kan se detta om du tittar på vattnet som dränerar från ditt badkar. Om du placerar ett litet flytande föremål i flödet går det runt plugghålet, men det snurrar inte om sig själv; därför är flödet irrotationellt.
å andra sidan kan flöden som inte har någon uppenbar rotation faktiskt vara roterande. Ta till exempel ett skjuvflöde. I ett skjuvflöde rör sig all vätska i samma riktning, men vätskan rör sig snabbare på ena sidan. Antag att vätskan rör sig snabbare till vänster än till höger. Vätskan rör sig inte i en cirkel alls, men om du placerar ett litet flytande föremål i detta flöde är flödet på objektets vänstra sida något snabbare, så objektet börjar snurra. Flödet är roterande.