Flödeslinjer

Flödeslinjer är kurvor i ett flödesfält som vid varje punkt är tangenta mot vätskans hastighetsvektor. De visar den ögonblickliga riktningen av flödet vid en given tidpunkt och används för att få en översikt över hur vätska, gas eller annat medium rör sig inom ett system. Flödeslinjer kan användas i två- eller tredimensionella flöden och är ett vanligt verktyg inom fluiddynamik, meteorologi, hydrologi och teknisk ventilation.

Relation till andra begrepp: I en stationär eller tidsoberoende strömning sammanfaller flödeslinjer med så kallade partikelbanor (pathlines) och fläcklinjer (streaklines). I tidberoende eller icke-stationära flöden skiljer de sig åt: en partikelbanan beskriver den faktiska vägen en enskild partikel tar över tid, medan en flödeslinje endast avspeglar den lokala hastighetsriktningen vid ett specifikt ögonblick.

Matematisk definition: För ett hastighetsfält v(x, t) är en flödeslinje genom en punkt x0 vid tiden t0 kurvan r(s) som uppfyller dr/ds = v(r(s), t0) med r(0) = x0. I ett stationärt flöde kan hastighetsfältet vara oberoende av tiden, så att dr/ds = v(r(s)).

Användningsområden och visualisering: Flödeslinjer används inom meteorologi för att visa vindriktningar, inom hydrologi och grundvattenmodellering för att indikera flödesvägar, samt inom ventilation och processystemdesign. De visualiseras ofta med färgade spår av partiklar, färgkodning av hastighetskomponenter eller genom experimentell teknik som partikelbilddynamik (PIV).