Kuljetusilmiöiden

Kuljetusilmiöt, tai kuljetusilmiöiden tutkimus, käsittelevät massan, momentumin ja energian siirtoa aineen sisällä ja sen ympäristössä, johtuen gradienttien ja vuorovaikutusten aiheuttamista siirroista. Keskeisiä kuljetusilmiöitä ovat massansiirto diffuusion ja konvektion kautta, momentuminsiirto nesteissä ja kaasuissa sekä energiansiirto lämpöjohtumisen, konvektion ja joskus säteilyn muodossa. Kuljetusilmiöitä tutkitaan sekä perusfysiikan ilmiöiden että sovellusten näkökulmasta, kuten kemiantekniikassa, ympäristötekniikassa, materiaalitieteissä ja biolääketieteessä.

Perusperiaatteisiin kuuluvat säilymislait: massan, momentumin ja energian säilyminen, jotka ilmenevät kontinuumissa sekä yleensä Navier–Stokesin yhtälöinä ja lämpö- sekä ainemääräyhtälöinä. Kuljetusilmiöitä mallinnetaan diffuusion, konvektion ja konduktion kautta: diffuusio noudattaa Fickin lakia, lämpöjohtuminen Fourierin lain ja nesteiden sekä kaasu-virtauksen kuvaaminen Newtonin viskositeettilain avulla. Monikomponenttisissa järjestelmissä massansiirtoa täydentävät Stefan–Maxwellin yhtälöt. Monimutkaisissa ongelmissa kuljetus voi olla kytketty kemiallisiin reaktioihin ja faasimuutoksiin.

Analysointi tapahtuu sekä analyyttisesti että numeerisesti. Tavanomaisia työkaluja ovat advektion-diffuusion yhtälöt, boundary-layer -periaatteet ja dimensionaalinen analyysi; käytetään myös raja- ja simulaatioita, esimerkiksi CFD:llä.

Kuljetusilmiöiden tutkimus on keskeistä suunnittelussa ja optimoinnissa esimerkiksi polttoaineiden ja materiaalien valmistuksessa, ympäristönsuojelussa sekä biolääketieteen sovelluksissa, kuten verenkierron sekä kudosten lämpö- ja kaasunsiirroissa.