virtausnopeuksista

Virtausnopeudet kuvaavat nesteen tai kaasun liikettä tietyssä kohdassa tilassa. Ne voivat olla hetkellisiä (hetkikohtaisia) tai poikkileikkauksen yli keskikokoina mittauksia. Virtausnopeus on vektorisuure, jonka suunta kertoo virran suunnan ja jonka suuruus kertoo fluidin nopeuden.

Yksi yleinen tapa kuvata virtausta on suhteessa tilavuusvirtaan. Tilavuusvirta Q määritellään poikkileikkausalueen A ja nopeuden v kautta: Q = ∫A v dA. Jos nopeus on tasaisesti jakautunut poikkileikkauksessa, keskivertonopeus v̄ = Q/A. Eri tilanteissa nopeus voi vaihdella suuresti, joten on tärkeää määritellä sekä mittauskohde että aikahetki.

Laminaarinen ja turbulentti virtaus ovat keskeisiä käsitteitä. Laminaarisessa virrassa neste etenee sujuvasti, ja putkessa nopeusjakauma on usein parabolinen; suurin nopeus sijaitsee keskellä ja vmax = 2 v̄. Turbulentissa virrassa nopeusvaihtelu on suurta ja tilavuusvirtaus on sekoittuneempi. Virtausten käyttäytymiseen vaikuttavat muun muassa viskositeetti, tiheys, putken tai kanavan geometria sekä Reynolds-numero.

Mittausmenetelmät vaihtelevat kontekstin mukaan. Pitot-putkella voidaan mitata nopeutta stagnation- tai paine-erosta. Ultrasonic Doppler -menetelmät sekä Laser-Doppler-velocimetria (LDV) sekä partikkelikuvaukselliset menetelmät kuten Particle Image Velocimetry (PIV) ovat yleisiä tutkimuksessa ja suunnittelussa.

Käytännön sovelluksia ovat muun muassa vesihuoltoverkostot, ilmanvaihto, ilmailu- ja automaatiotekniikka sekä verenkiertojärjestelmät. Virtausnopeuksista riippuu paine-, virtaus- ja lämmönerä vaikutukset sekä energiatehokkuus.