Virtausominaisuudet

Virtausominaisuudet kuvaavat nesteiden ja kaasujen kykyä virrata sekä siihen vaikuttavia ominaisuuksia ja olosuhteita. Keskeisiä suureita ovat tiheys ρ, dynaaminen viskositeetti μ ja kinemaattinen viskositeetti ν = μ/ρ. Tiheys määrittää massan jakautumisen tilavuudessa ja viskositeetti vastustaa deformoitumista virran edetessä. Incompressible-tilanteissa ρ voidaan pitää vakiona; kaasujen virroissa tiheys ja paine voivat vaihdella, mikä muuttaa virtausta. Paine-ero, lämpötila ja geometria sekä virtaavan aineen nopeusprofili vaikuttavat suuresti virran rakenteeseen ja virtauksen energiankulutukseen.

Virtaustaa voidaan luokitella sekä laminaariksi että turbulentiksi Reynolds-luvun Re perusteella, jossa Re = ρ u L / μ. Pieni Re johtaa laminaariseen virtaan, suurempi taas turbulenssiin. Putkivirtoja kuvaa esimerkiksi Poiseuille'n laki laminaarisessa virrassa: Q = (π Δp r^4) /(8 μ L). Turbulentissa virrassa painehäviöt ovat suurempia ja niitä kuvaavat yleensä empiiriset yhteydet kuten Darcy–Weisbachin laki. Darcy'n lain sovelluksissa nesteet virtaavat heterogeenisissa medioissa: q = - (k/μ) ∇p, missä k on permeabiliteetti. Monifaasisen virran tapauksissa kapillaariset ja gravitaatiolliset voimat näkyvät kapillaarisen Ca = μ u / γ sekä Bond Bo = Δρ g L^2 / γ -numeroiden kautta. Virtausominaisuuksien ymmärtäminen on keskeistä putkiverkkojen, prosessiputkien, lämmönvaihtimien ja ilmastointijärjestelmien suunnittelussa sekä teoreettisessa fluididynamiikassa.