Nestevirtaa

Nestevirtaa tarkoittaa nesteen liikettä tilassa, jolloin neste siirtyy paine-erojen, gravitaation tai muiden voimien vaikutuksesta. Siinä määritellään tilavuusvirta Q (m^3/s) sekä virtauskenttä v(x,t). Nestevirran tutkimus kuuluu fluididynamiikan alaan ja kattaa sekä sisäiset putkistot että avoimet virtaukset sekä luonnolliset virrat kuten joet ja meret.

Periaatteet: Virta noudattaa massan ja liikemäärän säilymistä. Jos nesteen tiheys voidaan olettaa vakiona (epäkompressio), ∇·v = 0. Liikemäärän tasapainottava muoto on Navier–Stokes -yhtälö: ρ(Dv/Dt) = -∇p + μ∇²v + ρg. Tärkeä dimensionless-parametri on Reynolds-luku Re = ρVD/μ, jolla virtausta luokitellaan laminaariseen ja turbulenttiin. Putkissa laminaarinen virta esiintyy tyypillisesti pienillä Reynolds-luvuilla (esim. alle noin 2000–2300), korkeammilla arvoilla kehittyy turbulence.

Tyypit ja mittaus: Nestevirta voi olla sisäistä (putket, kanavat) tai ulkoista (kappaleiden ympärillä); se voi olla vakaa (steady) tai ajallisesti vaihteleva (unsteady), sekä laminaarista, siirtymävaiheista tai turbulenttia. Nesteet voivat olla Newtonian tai ei-Newtonian (viskositeetti riippuu leikkausnopeudesta). Mittaukseen käytetään virtausmittareita kuten aukko- tai Venturi-mittareita, turbina-, magneettisia ja Coriolis-mittareita; virtauskenttien mittaukseen sovelletaan esimerkiksi hiukkasnopeuskuvauksia (PIV).

Sovellukset: Nestevirran analyysi on keskeinen putkisto- ja energiatehokkuuden suunnittelussa, jäähdytys- ja lämmitysjärjestelmissä sekä veren virta -tutkimuksessa, ympäristön hydrologiassa ja meteorologiassa.