virtausnopeudet

Virtausnopeus on vektori, joka kuvaa kunkin paikan nesteen tai kaasun liikettä sekä suunnan että nopeuden suuruuden. Sen yksikkö on metriä sekunnissa (m/s).

Tilavuusvirtaus V̇ kertoo, kuinka paljon ainetta kulkee poikkileikkauksesta aikayksikössä. Tilavuusvirtaus ja paikallinen nopeus liittyvät toisiinsa kaavalla V̇ = vA, missä A on poikkileikkausala. Jos virtaus on epäkompressoitua, tilavuusvirtaus on likimain vakio putkessa ja nopeus muuttuu poikkileikkausalan mukaan.

Virtaus voidaan luokitella laminaariseksi tai turbulenttiksi riippuen siitä, miten se sekoittuu. Reynoldsin luku Re, joka on ρvL/μ, yhdistää nesteen ominaisuudet ja virtauksen ominaisuudet. Matala Re viittaa laminaariseen virtaukseen; korkea Re turmelanee virtausta ja aiheuttaa pyörteitä. Käytännössä putkivirroissa Re:n arvo määrää, milloin virtaus on pääsääntöisesti laminaarinen tai turbulenttinen. Myös nesteen viskositeetti, tiheys, nopeus ja mittapituus vaikuttavat.

Mittaus ja estimointi virtausnopeuksille tapahtuu useilla tavoilla. Anemometrejä käytetään ilman virtausnopeuksien mittaamiseen, ja Pitot-putkia käytetään kokonaistilavuusvirtauksen sekä paineen mittaamiseen. Doppler-ultraäänimittaukset sekä laser-pohjaiset tekniikat kuten Particle Image Velocimetry (PIV) mahdollistavat nopeusarvojen kartoituksen geraaleissa sekä nesteissä että kaasuissa. Cardiologiassa ja lääketieteessä virtausnopeuksia arvioidaan usein Doppler-ultraäänellä, kun taas teollisuudessa käytetään laitteita prosessivirtojen monitorointiin.

Sovelluksia on laajasti: meteorologiassa virtausnopeudet määräävät tuulen ja säitä koskevat ilmiöt, hydrodynamiikassa ne ohjaavat nestevirtoja, biologiassa veren virtausnopeudet liittyvät verenpaineeseen ja kudosten perfuusoituun. Virtausnopeuksien tuntemus on keskeinen osa sekä teoreettista ymmärrystä että käytännön laskentaa monilla aloilla.