Virtausnopeutta

Virtausnopeus (virtausnopeus) on mitta siitä, kuinka nopeasti fluidoa kulkevat partikkelit kulkevat tietyn pisteen ohi. Se on vektori ja siinä on sekä suunta että suuruus (nopeus). Kirjallisuudessa käytetään usein merkintöjä v tai u, ja virtausnopeus määritellään tilanhetkellä tai tietyn suoran suuntaan.

Virtausnopeus liittyy myös tilavuusvirtaan. Yleisessä muodossa tilavuusvirta Q saadaan integroiduksi poikkileikkausalalla A: Q = ∫A v · n dA, ja jos nopeus on tasaisesti jakautunut poikkipinnalle, Q = A vavg. Vakiovuotoisessa, epämuuttuvanopeuksisessa virtauksessa jatkuvuuslaki (continuity) sanoo, että A v on vakio, erityisesti nesteen tai kaasun tiheyden ollessa vakio.

Erilaiset virtausnopeudet: Instantaaninen nopeus kuvaa nopeutta tietyllä hetkellä, kun taas aikavakiinnopeus (aikavälinen keskiarvo) antaa nopeasti muuttuvan virtauksen keskiarvon. Paikkakohtainen nopeus voidaan esittää nopeusvektorina sekä paikallisena nopeusvektori- kenttänä (nopeusvirtaama).

Tyypillisiä virtaustilanteita: putkivirroissa laminaarissa virta on usein parabolinen nopeusprofiili ja maksiminopeus Vmax on kaksinkertainen keskinopeuteen nähden; turbulentissa virrassa profiili on leveämpi ja nopeuksien vaihtelu suurempi. Incompressible-virrassa tiheys pysyy käsittelyssä, kun taas kompressiivisissa virtauksissa nopeus voi liittyä Mach-lukuun (M = v / ääni-kulkunopeus).

Mittausmenetelmät sisältävät Pitot-putket, lämpöjohtimet (hot-wire) sekä fotoniset menetelmät kuten Laser Doppler Velocimetry (LDV) ja Partikkelikuvausvelocimetria (PIV).

Virtausnopeutta käytetään muun muassa veden- ja ilmavirtojen suunnittelussa, rakennusten ilmanvaihdossa, hydrodynamiikassa ja aerodynamiikassa. Se on keskeinen osa virtausmekaniikkaa sekä laskennallisissa että kokeellisissa analyyseissä.