flödesprofil

Flödesprofil beskriver hur hastigheten i ett flöde varierar över tvärsnittet. Profiler uppkommer ur samspelet mellan flödesregim (laminärt eller turbulent), geometri (rör, kanal, öppet flöde), vätskans viskositet och densitet samt väggarnas friktion. Flödesprofilen används för att beräkna volymflöde, skjuvspänningar vid väggarna och energi- samt tryckförluster i system som rör, ventilationskanaler och processutrustning.

Vid laminärt, tryckdrivet flöde i en cirkulär rörledning följer hastighetsprofilen Poiseuille: v(r) = (ΔP/(4 μ L)) (R^2 − r^2), där r är radien, R rördiameter/2, μ vätskans dynamiska viskositet och ΔP/L tryckgradient. Denna profil är parabolisk och har maximal hastighet vid centrum och noll vid väggarna (no-slip). Den volymflöde som passerar är Q = (π R^4 ΔP)/(8 μ L).

Turbulent flöde ger en mycket flackare profil där nära mitten hastigheterna är högre och ned mot väggen avtar snabbt i en tunn skikt. Vanliga förenklingar inkluderar logaritmiska eller kraftlagsprofiler. Exempelvis U(y) = U_max (1 − y/R)^{1/n} med n cirka 7 för rörflöden, eller den logaritmiska formen U+ = (1/κ) ln(z/z0) där U+ är dimensionlös hastighet. Reynoldstal är avgörande: Re <≈ 2100 brukar ses som laminärt i rör, Re >≈ 4000 som turbulent; övergången sker i området 2100–4000.

Andra flödestyper, till exempel öppna kanaler eller vindprofil, följer ofta liknande principer men med olika profilutformningar (t.ex. log-law i z-led). Att mäta flödesprofilen kan göras med hot-wire/hot-film, Laser Doppler velocimetry eller partikelspårare, och profilen ligger till grund för beräkningar av flödesmotstånd och väggschack.