virtauskäyttäytymiseen

Virtauskäyttäytyminen on termi, jolla kuvataan, miten aineet käyttäytyvät virratessaan. Siihen kuuluvat sekä perusominaisuudet, kuten viskositeetti ja tiheys, että virtaustilan ja -nopeuden vaikutuksesta ilmenevä käytöksen muutos. Eri nesteet voivat noudattaa erilaisia käyttäytymismalleja, erityisesti Newtonisia ja epäNewtonisia nesteitä.

Virtaus voidaan jakaa laminaariin ja turbulenttiin, joihin vaikuttaa Reynoldin luku ja virtaussolujen kehitys; laminaarinen virtaus on suoraa ja järjestäytynyttä, kun taas turbulentti on epäjärjestäytynyttä, siinä esiintyy pyörteitä ja laajoja vaihteluita nopeuksissa.

Rheologia tutkii aineiden virtauskäyttäytymistä. Newtonisen nesteen viskositeetti on vakio riippumatta leikkausnopeudesta, kun taas epäNewtonisilla nesteillä viskositeetti muuttuu. Esimerkkejä epäNewtonisista nesteistä ovat hyytyvät liuokset, geelit sekä veri, joissa leikkausnopeus tai ajan myötä tapahtuva muutos vaikuttavat vastukseen virtausta vastaan.

Matemaattisesti virtausta mallinnetaan käyttämällä Navier–Stokesin yhtälöitä ja jatkuvuusyhtälöä. Näitä käytetään laminaarien virtausten analysointiin ja suurella Reynoldin luvulla tapahtuvan turbulenssin ennustamiseen. Monimutkaisissa virroissa voidaan soveltaa dimensiomaisia ryhmiä kuten Reynolds, Weber ja Froude.

Mittaukseen ja mallintamiseen käytetään kokeellisia ja numerisia menetelmiä. CFD-tekniikka ratkaisee virtaustekijöitä numeerisesti; kokeita kuvaavat PIV- ja LDV-mittaukset sekä tracer-mittaukset.

Virtauskäyttäytymisen tuntemus on tärkeää suunnittelussa ja optimoinnissa useilla aloilla, kuten putkistojen ja kanavien hydraulisissa järjestelmissä, ilmastointitekniikassa, teollisessa prosessissa sekä biolääketieteellisissä sovelluksissa, joissa veren tai muun nesteen virtausta on syytä ymmärtää.

Yhteenvetona virtauskäyttäytyminen yhdistää fysikaaliset ominaisuudet, virtausolosuhteet ja matemaattisen mallinnuksen ymmärtääkseen ja ennustaakseen aineiden käytöstä virratessa.