nestevirtauksia

Nestevirtaukset viittaavat nesteiden, kuten veden tai öljyn, liikkeeseen tilassa ja ajassa. Ne kuuluvat nesteiden mekaniikan alaan, ja niiden ominaisuuksiin vaikuttavat nopeuskenttä, paine, tiheys ja viskositeetti. Virtauksia luokitellaan usein laminaariksi tai turbulentiksi, riippuen ns. inertiaalin ja viskositeetin suhteesta.

Virtauksia hallitsevat liikemäärän säilymisen lait ja vasteyhtälöt. Jatkuvuuslaki (∇·v = 0) kuvaa tilan tiheydeltään lähinnä nesteen tilantarvetta, ja Navier–Stokes -yhtälöt ρ(∂v/∂t + v·∇v) = -∇p + μ∇²v + f määrittelevät nesteen liikkeen paineen, viskositeetin ja ulkoiset voimat huomioiden. Usein neste oletetaan Newtonin tasaiseksi; nesteen ominaisuudet voivat olla sekä incompressible että compressible riippuen tilanteesta.

Yleisiä käsitteitä ovat Reynolds-luku Re = ρVD/μ, jolla erotetaan laminaarinen ja turbulenssinen virtaus: pienellä Re:llä virtaus on tyypillisesti laminaarinen, suurella Re:llä syntyy turbulence. Muita tärkeitä käsitteitä ovat pintapainehäviöt ja reuna-alueiden rooli sekä boundary layer -ilmiöt. Esimerkkejä klassisista ratkaisuista ovat Hagen–Poiseuille -laki putkivirralle ja laminaarisessa kehityksessä Q = (π ΔP r^4)/(8 μ L). Avoimissa kanavissa käytetään Manningin tai kinematiikan yhtälöitä.

Sovelluksissa nestevirrat ovat keskeisiä esimerkiksi vesihuollossa, prosessiteollisuudessa, biologisissa järjestelmissä ja ilmailu- sekä automotiilitymälissä. Tutkimuksesta ja suunnittelusta vastaavat sekä kokeelliset menetelmät (PIV, LDV, kuumantunnistus) että laskennallinen nestevirtaustutkimus (CFD). Historiaa leimaa Navierin ja Stokesin yhtälöiden kehittäminen 1800-luvulla.