Virtausvastus

Virtausvastus on nesteen tai kaasun vastustus liikettä tai virtausta vastaan. Se ilmenee paine-eronä tai voimana kappaleen kohtaan, kun nesteen virta kulkee kanavan, aukon tai esteen läpi, tai kun kappale liikkuu nesteessä. Virtausvastus voidaan kohdistaa sekä koko järjestelmään että yksittäiseen kappaleeseen.

Virtausvastuksen kirjaaminen ja erottelu riippuu tilanteesta. Putkivedessä tai kanavissa virtausvastus määritellään usein paine-erona Δp, joka syntyy virtaavan tilavuusvirran Q tahdissa: Δp = R_h Q, missä R_h on hydraulinen vastus. Laminaarisessa pyöreässä putkessa Hagen–Poiseuille-kaavan mukaan R_h = 8 μ L / (π r^4), missä μ on kongruenssiarvoinen viskositeetti, L on putken pituus ja r sen säde. Viskosivastus kasvaa, kun putken pituus pitenee tai säde pienenee.

Kappaleen liikkuessa nesteessä vastus riippuu virtausolosuhteista. Viskoosiset (kitkavastukset) ja muodon aiheuttamat (painehäviöt) vastukset voivat ilmetä yhdessä. Yleensä drag-voima F_d ja sen riippuvuudet määritellään Reynolds-luvun mukaan: laminaarisessa vyöhykkeessä Stokesin laki F_d = 6π μ a v (pallo, säde a); turbulenttisessa tapauksessa F_d ∝ ρ v^2 C_d A, missä ρ on nesteen tiheys, v nopeus, C_d ilmanvastuskerroin ja A poikkipinta-ala.

Poikkeukselliset tilanteet, kuten pakkas- tai epäjatkuvat mediavirtaukset, voivat noudattaa Darcy-Ihanin lakia: Δp = μ (L/K) v, jossa K on permeabiliteetti. Virtausvastus on keskeinen tekijä pumpun, ilman- ja nesteverkostojen sekä suodatus- ja ilmastointijärjestelmien suunnittelussa.