putkivirtaudessa

Putkivirtaus on nesteen tai kaasun liike suljetussa putkistossa. Se on yleinen virtaustapa sekä teoreettisessa fluidimekaniikassa että käytännön suunnittelussa, ja sitä esiintyy muun muassa vedenjakelussa, teollisuusprosesseissa sekä öljy- ja kaasualalla.

Virtausta ohjaavat nesteen ominaisuudet (tiheys ρ, viskositeetti μ), putken geometria sekä aiheuttama paine-ero. Yleisimmät huomioitavat tekijät ovat tilavuusvirta Q ja virtausnopeus v. Suurin osa putkivirtausten luonteesta kuvataan Reynolds-luvulla Re = ρ v D / μ, jossa D on putken sisähalkaisija. Laminaarinen virtaus on tyypillisesti Re < noin 2 300, turbulenssi alkaa yleensä noin Re > 4 000, ja välinen siirtymäalue esiintyy näiden lukujen välillä.

Laminaarisessa putkivirtaudessa painehäviö noudattaa Hagen–Poiseuille-yhtälöä: Δp = (8 μ L Q) / (π r^4), jossa L on putken pituus, r sen säde ja Q tilavuusvirta. Tässä painehäviö kasvaa suoraan pituuden ja virtaaman mukana.

Turbulentissa virrassa painehäviö kuvaillaan Darcy–Weisbach -yhtälöllä: Δp = f (L/D) (ρ v^2 / 2). Friction factor f riippuu Reynolds-luvusta sekä putken karheudesta ja löytyy usein Moody-diagrammista tai laskentamalleista.

Suunnittelussa ja mittauksessa käytetään lisäksi yhtälöitä Q = v A sekä virtaamamittausmenetelmiä kuten venturi- ja orificimikroa, magneettinen virtaamamittari sekä pitopaine- ja paine-eroihin perustuvat ratkaisut. Putkivirtausta on tärkeä osa monia teknisiä prosesseja ja energiatehokkuuden optimointia.