Virtaustilanteen

Virtaustilanteen käsite kuvaa nesteen tai kaasun nykytilaa tietyssä järjestelmässä. Se sisältää virtausnopeuksien ja paineen jakautumisen sekä mahdollisen turbulenssin tilan, sekä tilan ajallisen kehityksen. Virtaustilanne määritellään usein hallinta-tilavuudessa ja siihen vaikuttavat reunaehdot sekä ulkoiset voimat, kuten rajapinnat, pumput ja virtauksen lähteet.

Käytännössä virtaustilanteen keskeisiä suureita ovat virtausnopeus ja sen suunta, nopeusprofiili sekä paineen jakauma tilassa. Lisäksi tarkastellaan nesteen ominaisuuksia kuten tiheyttä ja viskositeettia. Reynolds’n numero ja turbulenssi ovat olennaisia arvoja kuvaamaan virtauksen luonnetta: laminaarinen vai turbulentti, sekä onko virta staattinen vai ajallisesti muuttuva (unsteady).

Virtaustilanteen kuvaus ja ennustaminen perustuvat matemaattisiin malleihin ja kokeellisiin mittauksiin. Yleisimmät teoreettiset työkalut ovat Navier–Stokes -yhtälöt, joiden ratkaisut antavat nopeus‑ ja painekentät sekä viskoosin vuorovaikutuksen. Käytännössä virtaustilanteen analysointi tapahtuu sekä kokeellisesti että numeerisesti, tyypillisesti laskennallisella nesteanalyysillä (CFD) ja mittauksin.

Sovelluksissa virtaustilanteen tunteminen on keskeistä monilla aloilla. Esimerkiksi putkisto- ja rakennusmittauksissa suunnittelu sekä energiatalouden optimointi, ilmanvaihdon ja suodatustekniikan toteutus, vesistöjen hallinta sekä ajoneuvojen aerodynamiikan ja ympäristövaikutusten arviointi perustuvat virtaustilanteen ymmärtämiseen.