Glava 4: Hidrodinamika   

U prethodnom poglavlju je izučavana hidrostatika, oblast mirovanja fluida konstantne gustine. Prefiks "hidro" je korišćen da se naglasi nestišljivost fluida, odnosno, da se radi sa fluidima koji su slični vodi. Od ovog poglavlja knjige pa na dalje, izučavaće se problemi kretanja (strujanja ili tečenja) fluida, pri čemu će se izvesti opšte jednačine koje važe i za gasove i za tečnosti. Korišćenje naslova poput hidrodinamika, stoga ne bi bilo korektno, tako da se koristi opštiji pojam: dinamika fluida.

    Izučavanje kretanja realnog fluida je veoma složeno. U ispisivanju jednačina koristiće se analogija sa Mehanikom krutog tela, uz uvodjenje potrebnih dodatnih veza. Tri su osnovne grupe jednačina koje će se izvesti: jednačina održanja mase, količine kretanja i energije. Dobijene jednačine su u opštem slučaju nerešive pa su potrebna odredjena uprošćenja kao i obiman eksperimentalni rad kojim će se analizirati rezultat tih uprošćenja.

    U nastavku ove glave će se prvo dati neki osnovni pojmovi vezani za kretanje fluida. Nakon toga će se objasniti različiti pristupi u izučavanju kretanja fluida, kao i koncept kontrolne zapremine. Osnovne jednačine održanja će se izvesti za elementarnu zapreminu u diferencijalnom obliku i za konačnu zapreminu u integralnom obliku. Za odredjene primere postaviće se uslovi u okviru kojih se te jednačine svode na nivo algebarskih, rešivih jednačina.

    U sledećoj, petoj glavi  Ustaljeno tečenje fluida kroz cevi, detaljnije će se obraditi slučaj kretanja tečnosti (tečenja) u cevima u razvijenom turbulentnom režimu. Analiza režima tečenja u cevima, zajedno sa otporima trenja, će biti data u posebnoj glavi  Hidrodinamički otpori. U istoj glavi će se obraditi i otpori trenja ravnih ploča u fluidu, kao i otpori oblika. Na kraju, oblast kretanja fluida se završava glavom  Otvoreni tokovi gde će se analizirati ustaljeno tečenje u prizmatičnim otvorenim kanalima.

 Sadržaj glave 4
4  Osnove dinamike fluida
    4.1  Pojmovi i osnovne karakteristike toka
       4.1.1  Materijalni delić, strujanje realnog i idealnog fluida
       4.1.2  Stišljiv i nestišljiv, homogen i nehomogen fluid
       4.1.3  Laminarno i turbulentno strujanje
       4.1.4  Ustaljeno i neustaljeno strujanje
       4.1.5  Jednoliko i nejednoliko strujanje
       4.1.6  Dimenzionalnost problema: 3D, 2D, 1D
       4.1.7  Trajektorija, strujnica i emisiona linija
       4.1.8  Protok fluida i srednja brzina
    4.2  Metode opisivanja kretanja fluida
    4.3  Koncept kontrolne zapremine
       4.3.1  Prelazak sa konstantne mase na konstantnu zapreminu
       4.3.2  Praćenje kretanja materijalnog delića
       4.3.3  Brzina deformacije materijalnog delića
       4.3.4  Veza materijalnog izvoda i kontrolne zapremine
    4.4  Princip održanja mase
       4.4.1  Jednačina održanja mase
       4.4.2  Ustaljeno strujanje nehomogenog i homogenog fluida
       4.4.3  Primer tečenja u cevi
    4.5  Održanje količine kretanja
       4.5.1  Integralna i diferencijalna jednačina održanja količine kretanja
       4.5.2  Rešenje diferencijalne jednačine održanja količine kretanja za odredjena pojednostavljenja
       4.5.3  Primer primene Bernulijeve jednačine
       4.5.4  Navie-Stoksove jednačine
       4.5.5  Rešenje integralne jednačine održanja količine kretanja za ustaljeno tečenje homogenog fluida u cevi
       4.5.6  Primeri primene jednačine sila
    4.6  Održanje energije sistema
       4.6.1  Integralna i diferencijalna jednačina održanja energije
       4.6.2  Jednačine mehaničke i toplotne energije
       4.6.3  Rešenje integralne jednačine održanja energije za ustaljeno tečenje homogenog fluida u cevi
       4.6.4  Drugi oblik rešenja integralne jednačine održanja energije za ustaljeno tečenje homogenog fluida
       4.6.5  Poredjenje energetske sa Bernulijevom jednačinom
       4.6.6  Primer primene energetske jednačine