Co to jest inżynieria płynów?

Inżynieria płynów zajmuje się projektowaniem i wdrażaniem systemów transportujących płyny lub maszyny, których funkcjonowanie zależy od właściwości płynów. W tym kontekście płyny to wszystkie materiały, które przepływają bez ustalonego kształtu, odkształcają się pod ciśnieniem i są zgodne z kształtem ich pojemników. Ciecze, gazy i plazmy są płynami. Typowe projekty w inżynierii płynów mogą obejmować budowę rurociągu lub wydajne projektowanie pojazdów.

U podstaw inżynierii płynów leży dynamika płynów, nauka o płynach w ruchu. Mechaniczne właściwości cieczy są omawiane w naukach stosowanych w hydraulice. Pneumatyka bada właściwości i zastosowania gazów pod ciśnieniem. Chociaż są to dwie odrębne dyscypliny, zaangażowane płyny zwykle dzielą te same zjawiska przepływu i są opisane tymi samymi równaniami.

Hydraulika rozwiązuje praktyczne problemy inżynieryjne związane z przechowywaniem, przenoszeniem i używaniem płynów. Jest to sprzeczne z hydrologią, która bada naturalny ruch wody przez skorupę ziemską. Właściwości cieczy w spoczynku są przedmiotem hydrostatyki. Mają one zastosowanie przy projektowaniu tam, pras hydraulicznych i maszyn podwodnych.

Hydrodynamika zajmuje się problemami inżynierii płynów, które obejmują tarcie i turbulencje. Są to zazwyczaj czynniki, gdy ciecze przepływające przez rury lub ciśnienie hydrauliczne są wykorzystywane do napędzania urządzeń mechanicznych. Sprawne działanie pomp, maszyn turbo i silników hydraulicznych zależy od skutecznego sterowania tymi siłami.

Pneumatyka dotyczy przede wszystkim zastosowania gazu pod ciśnieniem do napędzania urządzeń mechanicznych. Układy hamulcowe, elektronarzędzia i opryskiwacze są często zasilane sprężonym gazem. Inżynieria płynów produkuje szeroką gamę przemysłowych urządzeń pneumatycznych opartych na sprężonym powietrzu atmosferycznym. Takie źródło zasilania jest łatwo dostępne bez ryzyka wycieku związanego z użyciem innych gazów.

Ruch przez płynne medium może obejmować projekty tak różnorodne, jak projektowanie samolotów lub produkcja wydajnych śrub okrętowych. Inżynieria płynów jest stosowana w aeronautyce za pomocą równania Bernoulliego, które opisuje zachowanie przepływu płynu wzdłuż powierzchni. Te same równania mogą również opisywać właściwości wpływające na ruch cieczy przez ograniczony obszar lub ruch łodzi podwodnej przez ocean.

Podczas wiercenia ropy naftowej lub gazu ziemnego inżynier płuczki stosuje zasady inżynierii płynów przy wyborze płuczki wiertniczej lub płynu, który zapewnia ciśnienie hydrostatyczne w otworze wiertniczym. Materiał jest wtryskiwany do otworu w celu wykluczenia obcych płynów, chłodzenia i smarowania wiertła oraz pomocy w przenoszeniu zwiercin na powierzchnię. Jako płyn można zastosować sprężone powietrze, zwykłą wodę i mieszanki gliny na bazie wody lub oleju.