Virtauskenttiä

Virtauskenttä (monikko virtauskenttiä) on käsite, jolla viitataan siihen, miten jokin virtaava suure jakautuu tilaan ja mahdollisesti ajan myötä. Se on yleisesti vektori- tai skalaarikenttä, jonka komponentit riippuvat sijainnista (ja usein ajasta). Esimerkiksi nesteen tai kaasun virtausta kuvaa virtauskenttä, sekä sähköisessä johdossa kulkeva sähköinen virtaustiheys että magnetoelektrisessä kontekstissa erilaiset kulkeutuvan määrän kentät.

Neste- ja kaasulogistiikassa virtauskenttä viittaa fluidin nopeuden ja suunnan määrittelevään kenttään. Tavallinen esimerkki on nopeuskenttä u(x, t), joka antaa jokaisessa pisteessä x fluidin nopeuden sekä suunnan ajanhetkellä t. Virtauskenttää voidaan tarkastella streamliniensa, virrattomien tasojen ja stagnointipisteiden avulla.

Sähkö- ja magneettikoneistuksessa virtauskenttä tarkoittaa sähköistä current density -kenttää J(r, t), joka kuvaa, miten ja missä määrin sähkövaraus liikkuu tilassa. J:n lisäksi käytetään kontinuitettilakia ∂ρ/∂t + ∇·J = 0 sekä ohmin lain kaltaisia suhteita, kuten J = σE, kun puhutaan johtavuudesta ja sähkökentästä.

Mittaus ja simulointi: virtauskenttiä voidaan havainnoida kokeellisesti esimerkiksi partikkelien jäljityksellä (PIV) nesteliuoksissa tai magneettisilla mittauksilla. Laskennallisesti kenttiä voidaan ennustaa numeerisilla menetelmillä, esimerkiksi Navier–Stokes -lähdöistä tai elektrolyyttien virtaprosesseista.

Saattaa esiintyä erityyppisiä virtauskenttiä: 2D- tai 3D-kenttiä sekä steady-tilan että aikaisesti vaihtuvien tilanteiden kenttiä. Kentät ovat keskeisiä monissa tieteellisissä ja teknisissä sovelluksissa, kuten aerodynamiikassa, meteorologiassa, elektroniikassa ja biotieteissä.