L’ingegneria dei fluidi riguarda la progettazione e l’implementazione di sistemi che trasportano fluidi o macchinari la cui funzione dipende dalle proprietà dei fluidi. In questo contesto, i fluidi sono tutti i materiali che scorrono senza una forma fissa, si deformano sotto pressione e si conformano alla forma dei loro contenitori. Liquidi, gas e plasmi sono tutti fluidi. I progetti comuni nell’ingegneria dei fluidi potrebbero comportare la costruzione di una conduttura o la progettazione efficiente di veicoli.
Al centro dell’ingegneria dei fluidi c’è la fluidodinamica, la scienza dei fluidi in movimento. Le proprietà meccaniche dei liquidi sono trattate nella scienza applicata dell’idraulica. La pneumatica studia le proprietà e le applicazioni dei gas in pressione. Sebbene si tratti di due discipline distinte, i fluidi coinvolti di solito condividono gli stessi fenomeni di flusso e sono descritti dalle stesse equazioni.
L’idraulica affronta i problemi pratici di ingegneria relativi allo stoccaggio, alla movimentazione e all’utilizzo dei liquidi. Questo è in contrasto con l’idrologia, che studia il movimento naturale dell’acqua attraverso la crosta terrestre. Le proprietà di un liquido a riposo sono oggetto di idrostatica. Questi entrano in gioco nella progettazione di dighe, presse idrauliche e macchinari sommergibili.
L’idrodinamica si occupa di problemi di ingegneria dei fluidi che coinvolgono attrito e turbolenza. Questi sono in genere fattori quando i liquidi che fluiscono attraverso i tubi o la pressione idraulica vengono utilizzati per azionare dispositivi meccanici. Il funzionamento efficiente di pompe, turbomacchine e motori idraulici dipende tutto dall’efficace controllo di queste forze.
La pneumatica si occupa principalmente dell’uso di gas pressurizzato per azionare dispositivi meccanici. I sistemi frenanti, gli elettroutensili e gli spruzzatori sono tutti spesso alimentati a gas compresso. L’ingegneria dei fluidi produce un’ampia gamma di dispositivi pneumatici industriali che si basano sull’aria atmosferica compressa. Una tale fonte di alimentazione è facilmente disponibile senza i pericoli di perdite associati all’uso di altri gas.
Il movimento attraverso un mezzo fluido può coinvolgere progetti diversi come la progettazione di aeromobili o la produzione di eliche navali efficienti. L’ingegneria dei fluidi viene applicata all’aeronautica mediante l’equazione di Bernoulli, che descrive il comportamento del flusso di fluido lungo una superficie. Le stesse equazioni potrebbero anche descrivere le proprietà che effettuano il movimento di liquidi attraverso un’area confinata o il movimento di un sottomarino attraverso l’oceano.
Nella perforazione per petrolio o gas naturale, l’ingegnere del fango utilizza i principi dell’ingegneria dei fluidi quando sceglie il fango di perforazione, o fluido, che fornisce pressione idrostatica nel pozzo trivellato. Il materiale viene iniettato nel foro per escludere fluidi estranei, raffreddare e lubrificare la punta del trapano e aiutare a trasportare i frammenti di perforazione in superficie. Come fluido si possono usare aria compressa, acqua naturale e miscele di argilla a base di acqua o olio.