stromingsprofielen

Stromingsprofielen beschrijven hoe de snelheid van een stromende vloeistof varieert over de dwarsdoorsnede van een stroming, meestal langs de stromingsrichting. Het profiel geeft aan welke snelheid op elke afstand tot de wand aanwezig is en is een essentieel begrip in de vloeistofdynamica. Het profiel kan sterk afhankelijk zijn van de stromingsomstandigheden, geometrie en materiaaleigenschappen.

Bij laminaire, volledig ontwikkelde stroming in een cilindrische pijp is het profiel parabolisch (Poiseuilleprofiel). De snelheid is maximaal in het midden en neemt naar de wand toe af tot nul (no-slip). In wiskundige termen voor een Newtoniaanse vloeistof is u(r) ≈ umax[1 − (r/R)²]. In open kanalen kan het laminaire profiel eveneens dicht bij een parabolische vorm liggen, maar de specifieke vorm hangt af van de zwaartekrachtoverwegingen en randvoorwaarden.

Bij turbulente stroming is het profiel veel vlakker dan het laminaire geval, met een scherpe gyorsheidsgradiënt nabij de wand en een minder uitgesproken daling in het midden. Turbulente profielen worden vaak beschreven met empirische wetten, zoals een logaritmische laag dicht bij de wand, en vereisen vaak experimentele en numerieke modellering om nauwkeurig te voorspellen.

Factoren die stromingsprofielen bepalen zijn onder meer het Reynolds-nummer, viscositeit, dichtheid, de ruwheid van de wand en de geometrie van de stromingsruimte. Profielen kunnen veranderen afhankelijk van drukgradiënt, temperatuur en aanwezigheid van niet-Newtoniaanse kenmerken.

Metingen en modellering van stromingsprofielen gebeurt met technieken zoals hot-wire anemometrie, particle image velocimetry en laser-Doppler-velocimetrie, naast computermodellering zoals CFD. Toepassingen zijn onder meer ontwerp van leidingsystemen, koelcrachten, luchtkanalen en microsystemen waar nauwkeurige kennis van de snelheidsverdeling cruciaal is voor drukverlies en transportprocessen.