virtausprofiilit

Virtausprofiilit kuvaavat fluidin nopeuden jakautumista poikkileikkauksessa tai tietyllä virtaviivalla. Termiä käytetään kuvaamaan, miten virtausnopeus vaihtelee etäisyyden mukaan seinämästä, keskelle tai eri kohdissa putkea, kanavaa tai avoimen virran pinta-alaa. Virtausprofiilit vaikuttavat painehäviöihin, lämmönsiirtoon ja sekoittumiseen.

Yleisiä profiilityyppejä ovat poikittaiset profiilit laminaarisessa ja turbulentissa virtauksessa. Laminaarisessa putkivirtauksessa (Poiseuillen virtaus) nopeus on parabolinen: nolla seinämässä ja suurin keskellä. Turbulentissa virtauksessa profiili on tasoittunut, lähellä seinämää syntyy ohut kerros nopeuden gradientilla (rajakerros). Plug-virtaus kuvastaa lähes tasaisesti jakautunutta nopeutta keskialueella. Profiilin syntymiseen vaikuttavat Reynoldsin luku, viskositeetti, kanavan muoto ja seinämän karheus.

Matemaattisesti profiilit johdetaan Navier–Stokesin yhtälöistä erityisehdoilla; analyyttinen ratkaisu on usein mahdollinen vain yksinkertaisissa geometrioissa. Mittausmenetelmiin kuuluvat partikkelikuvaus (PIV), laser-Doppler-anemometria (LDA), hot-wire-anturit ja Pitot-putket.

Sovelluksia ovat putkistot, ilmanvaihto, hydrauliikka ja verisuonivirtauksen tutkimus. Virtausprofiilin tunteminen on tärkeää optimoinnissa, virtausvastuksen laskennassa ja järjestelmäsuunnittelussa.