Virtausperiaatteita

Virtausperiaatteita ovat yleisiä periaatteita, joita sovelletaan nesteiden ja kaasujen liikkeen kuvaamiseen ja analysointiin. Ne muodostavat hydrodynamiikan ja aerodynamiikan peruskehikon sekä niitä sovelletaan sekä teknisiin että biotieteellisiin järjestelmiin, kuten putkistoihin, kanaviin ja verenkiertoon.

Keskeisimmät periaatteet liittyvät säilymiseen: massan säilyminen, liikemäärän säilyminen ja energian säilyminen. Massan säilyminen ilmenee kontinuitettilain kautta: ∂ρ/∂t + ∇·(ρv) = 0, ja käytännössä vakion tiheyden alueilla ∇·v = 0. Liikemäärän säilyminen tuottaa Eulerin tai Navier–Stokesin yhtälöt, jotka kuvaavat painetta, viskositeettia ja ulkoisia voimia vastaanottavan fluidin liikkeen dynamiikka. Energian säilyminen johtaa energyyhtälöihin; erityisesti Bernoullin periaate yhdistää paineen, nopeuden ja korkeuden muutokset energian säilymisen näkökulmasta, mutta se pätee pääosin inviskoidessa, tasaisessa, epäfriktiottomassa virtauksessa.

Lisäksi virtauspinta- ja -tilanteet määrittävät käytännön sovelluksia: Reynolds-luvun avulla erotellaan laminaarinen ja turbulenttinen virtaus, ja rajakerrokset sekä aiheuttavat voimakentät vaikuttavat virran käytökseen lähellä pintaa. Virtausperiaatteita sovelletaan laajasti putkisto- ja avoimissa kanavissa, ilmanalassa ja aerodynamiikassa sekä biolääketieteellisissä tilanteissa, kuten verenvirtauksessa. Periaatteiden soveltaminen edellyttää usein oletuksia nesteen ominaisuuksista (incompressibiliteetti, Newtonian vs. non-Newtonian) sekä virtauksen tilaa (steady vs. unsteady).