Sekilas Dinamika Fluida

Dalam dinamika fluida, fluida diperlakukan sebagai kontinyum. Dalam hal ini, batas-batas kontinyum tersaji dalam sebuah control volume yang sisi-sisi batasnya disebut sebagai control surface. Control volume bisa merepresentasikan batas-batas fisik (physical boundaries) ataupun batas-batas imajiner (imaginary boundaries). Keseluruhan yang terdapat didalam control volume biasa disebut sebagai sistem.

Analisis dinamika fluida Newtonian dilakukan berdasarkan empat prinsip utama sebagai berikut:

1. Kontinyuitas (kekekalan massa)

Maksudnya, massa sistem tidak berubah selama sistem mengalir pada medan aliran (flow field). Prinsip ini berlaku pada semua jenis fluida: compressible maupun incompressible fluid, Newtonian maupun non-Newtonian fluid. Prinsip kontinyuitas ini dinyatakan dalam persamaan kontinyuitas.

2. Kekekalan momentum; meliputi kekekalan momentum linier dan kekekalan momentum angular

Kekekalan momentum tidak lain adalah rumusan hukum Newton kedua. Persamaan kekekalan momentum suatu sistem fluida tidak lain adalah equations of motion dari sistem fluida tersebut. Persamaan kekekalan momentum untuk fluida Newtonian disebut dengan persamaan Navier-Stokes. Menyelesaikan persamaan Navier-Stokes tidaklah mudah. Simplifikasi bisa dilakukan jika fluida diperlakukan sebagai inviscid fluid, yakni viskositasnya sama dengan nol. Dengan mensubstitusikan viskositas sama dengan nol ke persamaan Navier-Stokes, didapatlah persamaan yang lebih sederhana yang disebut dengan persamaan Euler.

3. Kekekalan energi dan entropi

Prinsip ini tidak lain berasal dari prinsip-prinsip termodinamika. Kekekalan energi adalah hukum pertama termodinamika, sedangkan kekekalan entropi adalah hukum kedua termodinamika.

4. Constitutive model

Constitutive model untuk fluida menghubungkan antara stress dan deformasi yang terjadi pada fluida tersebut. Constitutive model tersedia untuk fluida Newtonian. Substitusi constitutive model fluida Newtonian pada persamaan kekekalan momentum menghasilkan persamaan Navier-Stokes.

Persamaan-persamaan yang didapatkan dari keempat prinsip diatas membentuk governing equations yang lengkap untuk suatu problem dinamika fluida Newtonian. Namun untuk menyelesaikan governing equations tersebut, dibutuhkan syarat awal dan batas (initial and boundary conditions).