Painejakaumat

Painejakaumat tarkoittavat tilassa esiintyviä paineen arvoja ja niiden vaihtelua. Ne voivat kohdistua nesteisiin, kaasuisiin järjestelmiin sekä kiinteiden rakenteiden sisäiseen kuormitukseen. Painejakauma määritellään p(x,y,z) tai p(t,ikkel), ja siihen vaikuttavat tekijät kuten nesteen tiheys, virtausnopeus, gravitaatiokuormat sekä rajapinnat ja rakenteelliset rajat.

Hydrostatikassa, jolloin neste on levossa, paine kasvaa syvyyden mukaan: p = p0 + ρ g h. Dynaamisessa virrassa paineen jakauma määräytyy virtauksen ominaisuuksista ja ympäröivistä reunaehdoista; paine kenttää kuvaavat Navier–Stokes -yhtälöt ja tarvittaessa turbulenssimallit. Bernoullin periaate antaa yksinkertaisia suhteita virtaussuuntaisissa tapauksissa, mutta monimutkaisissa tilanteissa painejakaumat ovat useiden tekijöiden summa.

Mittaus ja laskenta: Painejakaumia mitataan paineantureilla ja painepyöreillä mittauksilla sekä laboratorio- tai kenttätutkimuksissa. Nykyään niitä lasketaan yleisesti numeerisesti CFD- ja finite element -menetelmillä, ottaen huomioon nesteen viskositeetti, tiheys sekä tarkat reuna- ja kuormitusehdot.

Sovellukset: Painejakaumat ovat keskeisiä sekä teoreettisessa että soveltavassa mekaniikassa. Esimerkkejä ovat vesipaine patojen ja kanavien rakenteissa, ilmanpaineen vaikutus lentokoneiden ja ajoneuvojen aerodynaamisiin ominaisuuksiin sekä maanpaine maanpäällisten ja tunnelirakenteiden suunnittelussa. Painejakaumat auttavat arvioimaan rakenteiden turvallisuutta ja toimivuutta erilaisissa kuormitusolosuhteissa.