vätskeflöden

Vätskeflöden avser rörelse av vätskor genom material eller strukturer och är centrala inom hydraulik, processindustri, miljövetenskap och biomedicin. Flödet kan ske i rörledningar, öppna kanaler eller mikroskopiska kanaler och uppstår när det finns en drivkraft som skapar en skillnad i tryck eller höjd (gravitation).

Viktiga storheter är volymflöde Q och medelhastighet v. För ett tvärsnittsarea A är Q = A v. För inkompressibla vätskor är volymflödet vanligtvis konstant längs en strömlinje, vilket underlättar beräkningar av tryck och hastighet längs flödet.

De grundläggande styrningsekvationerna för vätskeflöden är kontinuitetsrelationen och energibegrepp. Bernoullis princip beskriver ett samband mellan tryck, hastighet och höjd längs en strömlinje i en ideal, oslipad vätska: p + 1/2 ρ v^2 + ρ g h = konstant. Vid verkliga fluid är viskositet viktig, och Navier–Stokes-ekvationerna beskriver rörelsen i allmänhet. Reynolds tal Re = ρ v D / μ anger övergången mellan laminärt och turbulent flöde i rör.

Vanliga modeller är Poiseuilles lag för laminärt flöde i cirkulära rör: Q = (π r^4 ΔP)/(8 μ L). För högre flöden används ofta Darcy–Weisbachs formel för friktionsförluster: Δh_f = f (L/D) (v^2/(2 g)). Öppna kanalflöden och mikrofluidik kräver ytterligare modeller och specifika gränsvillkor, inklusive no-slip vid väggar och eventuellt icke-Newtonska vätskor.

Användningsområden omfattar vattenförsörjning, avloppssystem, process- och energiindustrier, miljö- och hydrologiska studier samt biomedicinska tillämpningar där blod- och vätskeflöden analyseras. Inom industrin och forskning mäts och övervakas flödet med flödesmätare och olika sensorer.