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Meccanica dei fluidi

1750
  • Archimedes
  • Daniel Bernoulli
  • Leonhard Euler
  • Claude-Louis Navier
  • George Gabriel Stokes
Esperimento di laboratorio di meccanica dei fluidi che dimostra i principi della galleggiabilità e della dinamica dei fluidi.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Fluido mechanics è la branca della meccanica applicata che si occupa della statica (fluidi a riposo) e della dinamica (fluidi in movimento) di liquidi e gas. Applica i principi fondamentali di massa, quantità di moto e risparmio energetico Per analizzare e prevedere il comportamento dei fluidi. Le sue applicazioni sono vastissime e spaziano dall'aerodinamica e dall'idraulica alla meteorologia e all'oceanografia.

Le equazioni che governano il moto di un fluido viscoso sono le equazioni di Navier-Stokes. Si tratta di un insieme di equazioni differenziali parziali non lineari che derivano dall'applicazione della seconda legge di Newton al moto del fluido, combinata con l'ipotesi che lo sforzo del fluido sia la somma di un termine viscoso di diffusione e di un termine di pressione. Per un fluido newtoniano comprimibile, l'equazione vettoriale è: [latex]rho(frac{partial mathbf{v}}{partial t} + mathbf{v} cdot nabla mathbf{v}) = -nabla p + nabla cdot mathbf{T} + mathbf{f}[/latex], dove [latex]rho[/latex] è la densità, [latex]mathbf{v}[/latex] è la velocità, [latex]p[/latex] è la pressione, [latex]mathbf{T}[/latex] è il tensore degli sforzi e [latex]mathbf{f}[/latex] rappresenta le forze di volume. Risolvere queste equazioni è una sfida centrale nel settore.

Il comportamento dei fluidi è spesso caratterizzato da numeri adimensionali. Il più famoso è il Numero di Reynolds (Re), che descrive il rapporto tra forze inerziali e forze viscose e viene utilizzato per prevedere la transizione dal flusso laminare liscio e ordinato al flusso turbolento caotico. Altri numeri importanti includono il Numero di Mach per flussi comprimibili e il numero di Froude per flussi con superficie libera. Data la complessità delle equazioni che governano il fenomeno, soprattutto per i flussi turbolenti, la fluidodinamica computazionale (CFD) è diventata uno strumento essenziale, che utilizza metodi numerici per risolvere e analizzare problemi che coinvolgono i flussi di fluidi.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Meccanica

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Ipotesi della meccanica del continuo
  • Le leggi del moto di Newton
  • Principi della termodinamica
  • Sviluppo del calcolo
  • Principio di Archimede sulla galleggiabilità

Applicazioni

  • aerodinamica (progettazione di ali di aerei, automobili e turbine eoliche)
  • idraulica (progettazione di dighe, condotte e pompe)
  • meteorologia (previsioni meteorologiche e modelli climatici)
  • ingegneria biomedica (analisi del flusso sanguigno nelle arterie)
  • ingegneria ambientale (modellazione della dispersione degli inquinanti nell'aria e nell'acqua)

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • microfluidic ‘lab-on-a-chip’ devices for rapid medical diagnostics
  • sistemi di raccolta dell'umidità atmosferica basati sulla fisica della condensazione ottimizzata
  • silent drone propellers with designs bio-inspired by owl wings to reduce turbulence
  • attuatori al plasma per il controllo del flusso d'aria sulle ali degli aerei senza parti in movimento
  • turbine eoliche ad asse verticale efficienti per ambienti urbani
  • sistemi avanzati di soppressione degli incendi che utilizzano nebbia con dimensioni delle goccioline ottimizzate
  • rivestimenti idrodinamici per navi che imitano la pelle di squalo per ridurre la resistenza
  • circuito chiuso irrigation systems that model water flow in soil to minimize waste
Correlato a: meccanica dei fluidi, dinamica dei fluidi, equazioni di Navier-Stokes, viscositàflusso turbolento, flusso laminare, aerodinamica, CFD.

Contesto storico

Meccanica dei fluidi

1687
1687
1738
1750
1757
1788
1800
1678
1687
1687
1738
1750
1785
1788
1800

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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