Virtauksien

Virtaukset ovat yleistermi, jota käytetään kuvaamaan, miten jokin aines, energia tai tieto liikkuu paikasta toiseen per ajan. Käsite kattaa sekä fysikaaliset että ei-fysikaaliset siirrot ja sitä sovelletaan useilla tieteenaloilla sekä tekniikassa.

Nesteiden ja kaasujen virtaukset määritellään tilavuusvirralla Q, jonka yksikkö on kuutiometriä sekunnissa (m^3/s). Virtaus voidaan luonnehtia laminaariseksi tai turbulenssiksi sekä vakavaksi (steady) että muuttuvaksi (unsteady). Perusyhtälöitä ovat massan säilymisen kontinuitettilause sekä nesteissä Navier–Stokes -yhtälöt, jotka kuvaavat voimia, paineita ja viskositeetteja. Porous media -tilanteissa käytetään Darcy-lakia.

Elektrisessä virrassa I tarkoittaa sähkövarauksen kulkua ajan kuluessa johtimessa. Jännitettä ja vastusta koskeva peruslaki on Ohmin laki V = IR; vaihtovirtaverkoissa virta voi olla ajallisesti muuntuva. Virtauksen suuruuteen vaikuttavat sekä aineen ominaisuudet että piirin rakennetta.

Lämpötilan ja aineen siirtymää voidaan kuvata lämpövirralla ja massansiirrolla. Fourierin laki kuvaa lämpövirran riippuvuutta lämpötilagradienttiin, ja Fickin lait kuvaavat massansiirtoa diffuosion sekä konvektion kautta.

Käytännön sovelluksissa virtauksia analysoidaan ja hallitaan esimerkiksi rakennusten ilmanvaihdossa, putkistojärjestelmissä ja sähköverkoissa, sekä biologisissa ja ympäristötieteissä, kuten verenkierron, meteorologiassa ja merien sekä ilmakehän prosesseissa.