Virtausprosessien

Virtausprosessit ovat fysikaalisia ja kemiallisia prosesseja, joissa massa, energia ja liikemäärä siirtyvät nesteissä, kaasuissa tai niiden seoksissa sekä näiden sisällä. Ne kattavat sekä makroskooppiset virtausilmiöt että sekoittuneiden järjestelmien dynamiikan, joissa konvektio ja diffuusio ovat keskeisiä. Virtausprosessit ovat keskeisiä monilla insinööri- ja luonnontieteiden aloilla, kuten energiantuotannossa, kemianteollisuudessa sekä bio- ja ympäristötekniikassa.

Luokituksen mukaan virtausprosessit voidaan jakaa sisäisiin ja ulkoisiin virtoihin sekä laminaarisiin ja turbulenttisiin virtoihin. Lisäksi ne voivat olla yksivaiheisia tai monivaiheisia sekä liittyä erilaisiin faasimuotoihin ja lämpötila- tai tiheyseroihin. Tärkeimmät ominaisuudet ovat viskositeetti, tiheys, paine sekä lämpötilaerot, jotka määrittävät siirtoprosesseja. Mallintamisessa yhdistetään kokeellisia mittauksia, analyyttisiä ratkaisuja ja numeerisia simulointeja.

Peruslaskennan kehys perustuu jatkuvuusyhtälöön, Navier–Stokes-yhtälöihin sekä energian, massan ja mahdollisten kemiallisten reaktioiden tasapainoehtoihin. Virtauksia mallinnetaan sekä analyyttisillä ratkaisuilla että numeerisilla menetelmillä, kuten CFD:llä (computational fluid dynamics). Kokeelliset mittaukset tukevat mallien validointia ja tulosten tulkintaa.

Sovelluksina ovat esimerkiksi putkistojen painehäviöt, lämmönsiirto ja energian talteenotto, ilmastointi, vedenkäsittely sekä monivaiheiset reaktiot ja sekoitusprosessit. Mikrofluidiikassa virtausprosessit mahdollistavat biologisten kokoonpanojen ja laboratorio-tekniikan kehittämisen. Ympäristöteknologiassa virtausprosessit vaikuttavat hapen siirtymiseen vesistöissä sekä vesi- ja jätevedenkäsittelylaitosten toimintaan.

Virtausprosessien tutkimus on monitieteellistä ja kehittyy sekä teorian että sovellusten kautta. Se tarjoaa välineet suunnitella tehokkaita, turvallisia ja ympäristöystävällisiä prosesseja.