Rørstrømning

Rørstrømning er betegnelsen på væskestrømning gjennom rør eller andre lukkede kanaler, driven av trykkforskjell eller gravitasjon. Fenomenet studeres i fluiddynamikk og er viktig i vannforsyning, avløp, prosessindustri og andre tekniske systemer. Vanligvis antas væsken som Newtonsk og at egenskapene er konstante under strømningen.

Regimer og nøkkelbegreper. Strømningen i et rør kan være laminar eller turbulent, avhengig av Reynolds-tallet Re = ρ v D / μ. Laminar strømning forekommer vanligvis ved lave Re og kjennetegnes av en jevn, parabolsk hastighetsprofil. Turbulent strømning opptrer ved høyere Re og preges av kaotisk bevegelse og blanding, som gir høyere friksjonstap og mer kompleks beregning av trykkfall.

Laminar rørstrømning. For fullstendig utviklet laminar strømning i et sirkulært rør gir Poiseuille-loven volumstrømmen Q = (π ΔP r^4) / (8 μ L), eller tilsvarende ΔP/L = (8 μ Q) / (π r^4). Vinkelhastighetsprofilen er parabolsk, og antagelsene inkluderer Newtonsk væske, jevn rørdiameter og konstant egenskapsverdi.

Turbulent rørstrømning. Trykkfallet karakteriseres ofte med Darcy–Weisbach-ligningen: h_f = f (L/D) (v^2/(2g)). Friksjonsfaktoren f avhenger av Re og rødhetens ruhet, og beskrives gjennom Colebrook-White eller Moody-diagrammet.Press og effektive friksjon er større i turbulent strømning, og beregninger krever ofte empiriske karaktermidler eller numeriske metoder.

Varianter og praktiske aspekter. Ikke-Newtonske væsker krever andre modeller, og virkningsfull rørstrømning påvirkes av innløp, utstyrsdeler og varmeutveksling. Instrumentering som flowmålere og trykkgivere brukes for å overvåke Q og ΔP i praksis. Historisk ligger navngivningen bak Poiseuille for laminar strømning og Darcy–Weisbach for friksjon i rør.