Dynamique des fluides
La dynamique des fluides explique comment les fluides (liquides et gaz) fonctionnent. C'est l'une des plus anciennes parties de l'étude de la physique, et elle est étudiée par les physiciens, les mathématiciens et les ingénieurs. Les mathématiques peuvent décrire comment les fluides se déplacent à l'aide de formules mathématiques appelées équations. La dynamique des fluides des gaz est appelée aérodynamique.
Comprendre comment les fluides se comportent nous aide à comprendre des choses comme le vol ou les courants océaniques. Par exemple, la dynamique des fluides peut être utilisée pour comprendre la météo, car les nuages et l'air sont tous deux des fluides. La dynamique des fluides peut également être utilisée pour comprendre comment les avions volent dans les airs ou comment les navires et les sous-marins se déplacent dans l'eau.
Les programmes informatiques peuvent utiliser les équations mathématiques de la dynamique des fluides pour modéliser et prédire les actions des fluides en mouvement. Les ordinateurs nous ont beaucoup aidé à comprendre la dynamique des fluides, et certaines personnes étudient comment modéliser ou simuler des fluides uniquement avec un ordinateur. L'étude de la dynamique des fluides à l'aide d'un ordinateur est appelée "computational fluid dynamics" (ou CFD, en abrégé).
Équations importantes en dynamique des fluides
Les équations mathématiques qui régissent l'écoulement des fluides sont simples à penser mais très difficiles à résoudre. Dans la plupart des cas réels, il n'y a aucun moyen d'obtenir une solution qui puisse être écrite et il faut plutôt utiliser un ordinateur pour calculer la réponse. Il existe trois équations fondamentales basées sur trois règles.
Conservation de la masse : la masse n'est ni créée ni détruite, elle se déplace simplement d'un endroit à l'autre. Cela donne l'équation de la conservation de la masse. Parfois, cela peut ne pas s'appliquer, comme dans le cas d'un flux impliquant une réaction chimique.
Conservation de l'énergie : c'est la première loi de la thermodynamique, l'énergie n'est jamais créée ou détruite, elle change simplement de forme (c'est-à-dire l'énergie cinétique en énergie potentielle) ou se déplace.
Conservation de l'élan : il s'agit de la deuxième loi de Newton qui stipule que la force = le taux de changement de l'élan. L'élan est la masse multipliée par la vitesse. Les équations du moment sont les équations qui rendent difficile la résolution des problèmes de la dynamique des fluides. Il existe un certain nombre de versions différentes qui incluent un certain nombre d'effets différents. Les équations de Navier-Stokes sont les équations du moment, et les équations d'Euler sont les équations de Navier-Stokes, mais la viscosité n'est pas incluse. Il y a une équation de quantité de mouvement dans un problème 1D et trois, une dans chaque direction de l'espace, en 3D.
Pour résoudre les équations, il est souvent nécessaire de disposer de plus d'informations sous la forme d'une équation d'état. Celle-ci met en relation les propriétés thermodynamiques (généralement la pression et la température) les unes avec les autres pour un type de fluide spécifique. Un exemple est l'équation d'état du "gaz idéal" qui relie la pression, la température et la densité et qui fonctionne bien pour les gaz sous pression normale (comme l'air à la pression atmosphérique).
- L'équation de Poiseuille
- Théorème de Bernoulli
- Équations Navier-Stokes
Pages connexes
- Mécanique des fluides
Questions et réponses
Q : De quoi parle la dynamique des fluides ?
R : La dynamique des fluides traite du fonctionnement des fluides (liquides et gaz).
Q : Qui étudie la dynamique des fluides ?
R : La dynamique des fluides est étudiée par les physiciens, les mathématiciens et les ingénieurs.
Q : Comment les mathématiques peuvent-elles décrire le mouvement des fluides ?
R : Les mathématiques peuvent décrire le mouvement des fluides à l'aide de formules mathématiques appelées équations.
Q : Comment appelle-t-on la dynamique des fluides des gaz ?
R : La dynamique des fluides des gaz est appelée aérodynamique.
Q : Pourquoi est-il important de comprendre le comportement des fluides ?
R : Comprendre le comportement des fluides nous aide à comprendre des choses comme le vol ou les courants océaniques.
Q : Comment les programmes informatiques peuvent-ils utiliser les équations mathématiques de la dynamique des fluides ?
R : Les programmes informatiques peuvent utiliser les équations mathématiques de la dynamique des fluides pour modéliser et prédire les actions des fluides en mouvement.
Q : Comment appelle-t-on l'étude de la dynamique des fluides à l'aide d'ordinateurs ?
R : L'étude de la dynamique des fluides à l'aide d'ordinateurs s'appelle la dynamique des fluides numérique (ou CFD).
