virtausprofiiliin

Virtausprofiili (virtausprofiili tai virtausnopeuspoikkileikkaus) kuvaa nopeuden mittakaavan ja jakautumisen poikkileikkauksessa. Se kertoo, miten virtauksen nopeus muuttuu levossa, seinämän tuntumasta kohti reunan keskikohtaa, ja on keskeinen tekijä virtausten suunnittelussa, mittauksessa ja analyysissä. Profiili riippuu käyttöolosuhteista, nesteestä ja kanavasta sekä siitä, onko virtaus laminaarinen vai turbulentti.

Laminaarissa, täysin kehittyneessä putkivirtauksessa hydraulinen profiiili on parabolinen. Newtoniaaliselle nesteelle, cincin poikkileikkausala on ympyrä ja nopeus u(r) noudattaa Hagen–Poiseuille -ratkaisua, jossa suurempi nopeus on keskustassa ja nopeus laskee kohti seinämiä. Eri muotoisissa putkissa ja kanavissa profiili poikkeaa, mutta perusperiaate — nopeuden vaihtelu seinän läheisyydessä ja keskellä — säilyy.

Turbulenteissa virtausprofiili on litteämpää ja keskialueella on korkeampi, tasaisempi nopeus. Lähellä seinää esiintyy kuitenkin pientä nopeuden vähenemistä, ja profiilia kuvaavat usein logaritminen tai voima-sääntöön perustuvat likimääräiset mallit (esim. u/Umax ≈ (1 − r/R)^(1/n) tai log-law). Profiili riippuu Reynolds-luvusta, suhteesta, nesteen viskositeetista ja pinnan karkaisuudesta, ja se muovautuu virtauksen kehitysvaiheessa sekä huokoisen/raapimaperustaisen kitkan vaikutuksesta.

Mittauksessa käytetään esimerkiksi lämpökaikukuutta, hot-wire- tai LDV- sekä PIV-teknologioita. Virtausprofiilia hyödynnetään painehäviöiden, seinävirtauksen, sekoittuvuuden sekä epäpuhtauksien tai lämmönsiirron suunnittelussa ja analyysissä.