3307665437

390 Stanisław Drobniak, Tomasz A. Kowalewski

Stokes’a. Mogłoby się wydawać, że jest to znakomite ułatwienie. W rzeczywistości rozwiązanie tego równania dla istotnej klasy przepływów, przepływów turbulentnych, pozostaje ostatnim nie rozwiązanym, ważkim problemem fizyki klasycznej. Nadal aktualna jest ufundowana przez Clay Mathematics Institute nagroda w wysokości 1 miliona dolarów dla „śmiałka”, który wykaże matematyczną jednoznaczność rozwiązań tego wy dawałoby się prostego równania [ 11. Ze względu na tę zasadniczą trudność rozwój mechaniki płynów na przestrzeni wieków odbywał się stosunkowo powoli i właściwie dopiero w ostatnim 50-leciu możemy mówić o znaczącym postępie, zapoczątkowanym pracami genialnego obserwatora przepływów Ludwiga Prandtla [2], Problemom z opisem przepływów turbulentnych, tj. przepływów analizowanych w skali makroskopowej, poświęcimy pierwszą część tego opracowania.

Kłopoty, na jakie napotyka mechanika płynów pojawiły się również z drugiej strony skali wymiarowej, w układach mikro i nanoprzepływów. Poprawny opis przepływu w tych skalach jest istotny dla diagnozowania układów biologicznych, sterowania miniaturowymi systemami analizy chemicznej i biologicznej, mikro systemami dostarczania leków i czynników hamujących wzrost komórek rakowych, jak i do zrozumienia przebiegu zawiłych procesów mechanicznych i chemicznych w tej najbardziej skomplikowanej fabryce wszechświata, jaką jest komórka biologiczna. Problematyce mikro i nano-przepływów, stosunkowo młodej gałęzi mechaniki płynów poświęcimy drugą część opracowania.

Ale prawdziwy przełom w mechanice płynów dokonuje się właśnie teraz. Postęp w rozwoju techniki komputerowej i rozwój nowych metod obliczeniowych spowodował, że od kilku lat zarówno w skali makro jak i mikro jesteśmy świadkami tego, co jeszcze kilkanaście lat temu wydawało się niemożliwe. W skali makro widzimy próby numerycznego symulowania ruchu turbulentnego bez żadnych założeń upraszczających, wykorzystując jedynie podstawowe równanie mechaniki płynów, równanie Naviera-Stokes’a (metoda ta określana jest terminem DNS - Direct Numerical Simulation [3]). W skali mikro i nano obserwujemy modelowanie mikro i nano-przepływów z zastosowaniem modeli wiernie oddających strukturę molekularna płynu i sprzęganie wiedzy o oddziaływaniach molekularnych z klasycznym opisem ciągłym płynu. Podobną transformację