Mécanique des fluidesLa mécanique des fluides est un domaine de la physique consacré à l’étude du comportement des fluides (liquides, gaz et plasmas) et des forces internes associées. C’est une branche de la mécanique des milieux continus qui modélise la matière à l’aide de particules assez petites pour relever de l’analyse mathématique, mais assez grandes par rapport aux molécules pour être décrites par des fonctions continues. Elle comprend deux sous-domaines : la statique des fluides, qui est l’étude des fluides au repos, et la dynamique des fluides, qui est l’étude des fluides en mouvement.
Dynamique des fluidesLa dynamique des fluides (hydrodynamique ou aérodynamique), est l'étude des mouvements des fluides, qu'ils soient liquides ou gazeux. Elle fait partie de la mécanique des fluides avec l'hydrostatique (statique des fluides). La résolution d'un problème de dynamique des fluides demande de calculer diverses propriétés des fluides comme la vitesse, la viscosité, la densité, la pression et la température en tant que fonctions de l'espace et du temps.
Tourbillon (physique)vignette|upright=0.65|Tourbillon d'eau dans une bouteille. Un tourbillon est, en dynamique des fluides, une région d'un fluide dans laquelle l'écoulement est principalement un mouvement de rotation autour d'un axe, rectiligne ou incurvé. Ce type de mouvement s'appelle écoulement tourbillonnaire. On en observe à toutes les échelles, depuis le tourbillon de vidange d'une baignoire jusqu'à ceux des atmosphères des planètes, en passant par les sillages observés au voisinage d'un obstacle situé dans un écoulement liquide ou gazeux.
Turbulencevignette|Léonard de Vinci s'est notamment passionné pour l'étude de la turbulence. La turbulence désigne l'état de l'écoulement d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère tourbillonnaire : tourbillons dont la taille, la localisation et l'orientation varient constamment. Les écoulements turbulents se caractérisent donc par une apparence très désordonnée, un comportement difficilement prévisible et l'existence de nombreuses échelles spatiales et temporelles.
Fluide non newtonienUn fluide non newtonien est un fluide qui ne suit pas la loi de viscosité de Newton, c'est-à-dire une viscosité constante indépendante de la contrainte. Dans les fluides non newtoniens, la viscosité peut changer lorsqu'elle est soumise à une force pour devenir plus liquide ou plus solide. Le ketchup, par exemple, devient plus coulant lorsqu'il est secoué et se comporte donc de manière non newtonienne.
Tourbillon de turbulencevignette|upright=0.75|Allées de Karman autour de Madère et des îles Canaries vignette|upright=0.75|Les courants océaniques de Oya shivo et Kuroshio se rencontrent et donnent un tourbillon de turbulence visible par la concentration du phytoplancton dans le vortex. Un tourbillon de turbulence est un élément d'une masse fluide turbulente qui a une certaine individualité et une certaine vie qui lui sont propres. Il peut être causé par un obstacle dans le flot créant un contre-courant, par une différence de densité entre deux sections du fluide ou par la rencontre de deux fluides.
Fluide (matière)Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les liquides, les gaz et les plasmas. Gaz et plasmas sont très compressibles, tandis que les liquides le sont très peu (à peine plus que les solides). La transition de l'état liquide à l'état gazeux (ou réciproquement) est en général de premier ordre, c'est-à-dire brusque, discontinue.
Loi d'Ostwald–de WaeleLa loi d’Ostwald-de Waele ou loi en puissance est une loi de puissance définissant les fluides sans seuil. Elle relie la contrainte de cisaillement au taux de cisaillement. La loi d’Ostwald-de Waele est un modèle mathématique simple permettant de modéliser facilement un fluide non-newtonien sans seuil en reliant la contrainte de cisaillement τ (tau) au taux de cisaillement (gamma point) : où : K est une constante : l’indice de consistance ; n un nombre sans dimension : l’indice d’écoulement.
Turbulence de sillagethumb|Image de la NASA des tourbillons créés aux extrémités d'une voilure montrant la taille et la puissance de la turbulence de sillage. La turbulence de sillage est une turbulence aérodynamique qui se forme derrière un aéronef essentiellement lorsqu'il vole. Elle comprend les phénomènes de jetwash et de tourbillon marginal. Le jetwash est dû aux gaz expulsés par les réacteurs. Il est extrêmement violent, mais de courte durée. À l'inverse, le tourbillon marginal correspond à des turbulences aux extrémités des ailes et sur leur surface supérieure.
Fluide newtonienOn appelle fluide newtonien (en hommage à Isaac Newton) un fluide dont la loi contrainte – vitesse de déformation est linéaire. La constante de proportionnalité est appelée viscosité. Viscosité L’équation décrivant le « comportement newtonien » en description eulérienne est : où : est la contrainte de cisaillement exercée par le fluide (à l'origine des forces de traînée), exprimée en Pa ; est la viscosité dynamique du fluide — une constante de proportionnalité caractéristique du matériau, en ; est le gradient de vitesse perpendiculaire à la direction de cisaillement, en s−1.
Boundary conditions in fluid dynamicsBoundary conditions in fluid dynamics are the set of constraints to boundary value problems in computational fluid dynamics. These boundary conditions include inlet boundary conditions, outlet boundary conditions, wall boundary conditions, constant pressure boundary conditions, axisymmetric boundary conditions, symmetric boundary conditions, and periodic or cyclic boundary conditions. Transient problems require one more thing i.e., initial conditions where initial values of flow variables are specified at nodes in the flow domain.
Nageoirethumb|right|300px|Schéma d'un Téléostéen (majorité des poissons actuels, osseux à nageoires rayonnées), le Lampanyctodes hectoris1 opercule2 ligne latérale3 nageoire dorsale4 nageoire molle ou adipeuse5 pédoncule caudal ou queue6 nageoire caudale7 nageoire anale8 photophores9 nageoire ventrale ou pelvienne (par paire)10 nageoire pectorale (par paire). Une nageoire est un membre ou un appendice en général large et plat issu d'un repli cutané, permettant le mouvement et le soutien dans le milieu aquatique.
Circulation (physics)In physics, circulation is the line integral of a vector field around a closed curve. In fluid dynamics, the field is the fluid velocity field. In electrodynamics, it can be the electric or the magnetic field. Circulation was first used independently by Frederick Lanchester, Martin Kutta and Nikolay Zhukovsky. It is usually denoted Γ (Greek uppercase gamma). If V is a vector field and dl is a vector representing the differential length of a small element of a defined curve, the contribution of that differential length to circulation is dΓ: Here, θ is the angle between the vectors V and dl.
Vecteur vitesseLe vecteur vitesse, nommé parfois vélocité, est une notion de physique qui à la différence de la vitesse comprend un déplacement vers un point. Par exemple, une voiture a une vitesse de 60 km/h mais a une vélocité de 60 km/h vers le nord, le nord étant un point de référence ou de destination pour la voiture. Le terme vélocité est tiré des mots latins velocitas et velox signifiant respectivement rapidité, vitesse, et rapide, prompt, véloce, mots ayant eux-mêmes une origine obscure, mais supposé étant lié à la racine proto-indo-européenne wegh- signifiant "aller, bouger," et "transport dans un véhicule".
Fish locomotionFish locomotion is the various types of animal locomotion used by fish, principally by swimming. This is achieved in different groups of fish by a variety of mechanisms of propulsion, most often by wave-like lateral flexions of the fish's body and tail in the water, and in various specialised fish by motions of the fins.
Quantum vortexIn physics, a quantum vortex represents a quantized flux circulation of some physical quantity. In most cases, quantum vortices are a type of topological defect exhibited in superfluids and superconductors. The existence of quantum vortices was first predicted by Lars Onsager in 1949 in connection with superfluid helium. Onsager reasoned that quantisation of vorticity is a direct consequence of the existence of a superfluid order parameter as a spatially continuous wavefunction.
Sillage (phénomène physique)vignette|Sillage occasionné par un bateau à faible vitesse. Le sillage est la trace marquant le passage d'un bateau dans un liquide ou d'un avion dans l'air. Dans les milieux incompressibles tels que l'eau, les molécules du liquide s'écartent à l'avant du bateau et forment une vague en forme de V dont l'amplitude décroit au fur et à mesure qu'elle s'écarte. Ces vagues peuvent être destructrices dans des milieux avec des berges fragiles. L'angle formé par le sillage est toujours égal a environ 39°.
Vortex-induced vibrationIn fluid dynamics, vortex-induced vibrations (VIV) are motions induced on bodies interacting with an external fluid flow, produced by, or the motion producing, periodic irregularities on this flow. A classic example is the VIV of an underwater cylinder. How this happens can be seen by putting a cylinder into the water (a swimming-pool or even a bucket) and moving it through the water in a direction perpendicular to its axis. Since real fluids always present some viscosity, the flow around the cylinder will be slowed while in contact with its surface, forming a so-called boundary layer.
Superfluid helium-4Superfluid helium-4 is the superfluid form of helium-4, an isotope of the element helium. A superfluid is a state of matter in which matter behaves like a fluid with zero viscosity. The substance, which looks like a normal liquid, flows without friction past any surface, which allows it to continue to circulate over obstructions and through pores in containers which hold it, subject only to its own inertia. The formation of the superfluid is known to be related to the formation of a Bose–Einstein condensate.
Flow velocityIn continuum mechanics the flow velocity in fluid dynamics, also macroscopic velocity in statistical mechanics, or drift velocity in electromagnetism, is a vector field used to mathematically describe the motion of a continuum. The length of the flow velocity vector is the flow speed and is a scalar. It is also called velocity field; when evaluated along a line, it is called a velocity profile (as in, e.g., law of the wall).
