virtauspinn

Virtauspinn, på finska ofta översatt som flow surface eller stream surface, är inom fluiddynamik en tvådimensionell yta som placeras i en tre-dimensionell flödesfält och vars alla punkter följer flödet. Det innebär att flödesfältets hastighet är tangent mot ytan vid varje punkt; alltså är ytan invariant längs partikelbanorna. En virtauspinn fungerar som en yta av sammanhängande partikelbanor och används för att visualisera och analysera komplexa flöden i stället för enskilda strömlinjer.

Matematisk definition: Låt hastighetsfältet vara u(x,y,z) = (u, v, w) i ett stationary flöde. En yta S är en virtauspinn om hastigheten är tangent mot ytan, vilket kan uttryckas som n · u = 0 där n är ytanormalen. En praktisk konstruktion är att S definieras som skärningen av två oberoende första integraler F(x,y,z) = C1 och G(x,y,z) = C2, där F och G är invariant längs flödesbanorna, dvs u ∂F/∂x + v ∂F/∂y + w ∂F/∂z = 0 och samma för G. I oföränderligt (steady) flöde ger detta en familj av ytor som fyller volymen.

Orsaker till användning: Virtauspinnar används för att visualisera strömmönster, identifiera koherenta strukturer och analysera transport och blandning i exempelvis aerodynamik, hydrodynamik och meteorologi. Jämfört med enstaka strömlinjer ger virtauspinnar en mer helhetsbild av hur flödet organiserar två- eller tredimensionellt.

Relationer: Begreppet är närbesläktat med strömlinjer (lines) och strömytor (stream surfaces) och kan vara tidsberoende i unsteady flöden.