virtaussuuntautumisia

Virtaussuuntautumiset tarkoittavat ilmiötä, jossa virtausten yleisimmät suunnat ohjaavat aineen, energian tai informaation kulkua järjestelmässä. Ne voivat ilmetä, kun järjestelmän ominaisuudet ovat anisotropisia, kun virtaussuhteet ovat epäsymmetrisiä tai kun rajapinnoissa sekä ulkoisissa voimakentissä on suuntaa antavia vaikutuksia. Käytännössä virtaussuuntautumiset kuvaavat hallitsevaa suuntaa, johon virtaus pyrkii.

Ilmiötä tavataan monilla aloilla. Hydro- ja geotieteissä virtaussuuntautumiset liittyvät esimerkiksi poroisten ja kerrostuneiden aineiden läpäisevyyteen sekä veden tai kaasun kulkuun. Geologiassa ne voivat seurata kivien kerroksisuutta tai rikkonaisuuksia, kun taas materiaalitieteessä ne ilmenevät esimerkiksi kuitujen tai muiden anisotrooppisten rakenteiden aiheuttamana suuntautuneena virruntana. Meteorologiassa ja biotieteissä vastaavat suuntauksia voidaan havaita ilman tai nesteiden virtausten sekä verisuoniverkkojen toiminnassa.

Mekanimiset taustat vaihtelevat: rakenteellinen anisotropia (kivet, kuidut, kristallirakenteet), geometria ja rajapinnat, sekä ulkoiset voimat kuten painegradientit, gravitaatio ja joskus ulkoiset kentät.

Mittaaminen ja mallintaminen perustuvat sekä kokeellisiin että laskennallisiin menetelmiin. Mittauksissa käytetään esimerkiksi tracer-tutkimuksia, PIV- eli partikkelikuvausvelocimetriaa sekä virtaukseen liittyvien kenttien tilastollista analyysiä. Mallinnuksessa sovelletaan Darcy’n lakia, Navier–Stokesin yhtälöitä sekä anisotropisten materiaalien kuvauksia, joilla voidaan ennustaa pääsuuntia ja vaikutuksia kuljetukseen sekä reaktioihin.

Virtaussuuntautumisten tunteminen auttaa suunnittelemaan ja hallitsemaan prosesseja sekä varautumaan luonnonvarojen hyödyntämiseen ja turvallisuuskysymyksiin.