Virtauskenttää

Virtauskenttä on fysikaalinen käsite, joka kuvaa nesteiden tai kaasujen liikealueen. Se assigns the velocity of the fluid at each point in space and time: jokaiselle sijainnille x tilassa ja ajalla t määritellään vektori u(x, t), joka kertoo kyseisen kohdan virtausnopeuden. Yleisesti virtauskenttä on matemaattisesti funktio u: R^3 × T → R^3, ja sitä käytetään sekä staattisissa että aikatahtisissa virtaussovaloissa.

Virtauskenttä voidaan tarkastella useista näkökulmista. Aikajaksoilla, joissa virtaus on vakaa, nopeus ei riipu ajasta (∂u/∂t = 0). Incompressiblessä virtauksessa massa säilyy paikallisesti, mikä toteutuu kontinuitettilailla ∇·u = 0. Vorticity ω = ∇×u kuvaa pyörimistä virtaussolussa. Streamlines- eli virtalinjat ovat käyriä, jotka ovat tangentteja virtauskentälle yhdellä hetkellä, kun taas pathlines kuvaavat yksittäisen fluidin partikkelin kulkua ajan funktiona dx/dt = u(x,t).

Virtauskentän kehitystä kuvaavat navier–stokesin yhtälöt: ρ(∂u/∂t + (u·∇)u) = -∇p + μ∇²u + f, missä ρ on tiheys, p paine, μ viskositeetti ja f ulkoinen voima. Virtauskenttä voidaan mitata tai visualisoida esimerkiksi PIV- (particle image velocimetry) tai LDV- (laser Doppler velocimetry) -menetelmillä, ja sitä käytetään laajalti esimerkiksi aerodynamiikassa, meteorologiassa, merenkulkutieteissä sekä prosessitekniikassa. Virtauskenttä mahdollistaa sekä nopeuden että suuntauksen analysoinnin sekä virtaussysteemien suunnittelun ja optimoinnin.