Virtausmekaniikka

Virtausmekaniikka on jatkuvan aineen mekaniikan osa-alue, joka tutkii fluideja eli nesteitä ja kaasuja. Virtausmekaniikka voidaan jakaa muun muassa hydrostatiikkaan ja virtausdynamiikkaan. Hydrostatiikka tutkii levossa olevia fluideja. Virtausdynamiikkaa tutkii liikkuvia fluideja.

 Sovelluksia 

Hydrostatiikkaa sovelletaan mm. meriveden korkeuden mittaukseen, patojen suunnitteluun jne. Hydrostatiikkaa käytetään myös hydraulisten laitteiden ja nestesäiliöiden suunnittelussa.

Virtausdynamiikka tutkii kaasujen virtausta esimerkiksi aerodynamiikan sovellutuksissa, joita ovat mm. lentokoneiden siipien ja potkurien reaktiovoiman ja vastuksen määrittäminen tai tuulivoimalan roottorin siipien suunnittelu. Nesteiden virtauksessa keskeisiä tutkimuskohteita ovat laivanrakennuksen ja hydrauliikan sovellukset, geofysiikassa taas esimerkiksi valtamerien virtaukset. 

Kokeelliseen virtausmekaniikkaan kuuluu muun muassa tuulitunneleiden ja pienoismallien käyttö. 

Laskennallinen eli numeerinen virtausdynamiikka (CFD, Computational Fluid Dynamics) on tuonut 1960-luvulta lähtien lisää mahdollisuuksia analysoida virtausongelmia, joiden fysikaalinen mallintaminen on vaikeaa.

 Kontinuumioletus 

Kaasut ja nesteet koostuvat molekyyleistä, jotka jatkuvasti törmäävät satunnaisesti toisiinsa. Kaasun todellinen molekyyliluonne jätetään huomiotta. Kontinuumihypoteesissä fluideja pidetään kuitenkin jatkuvina: tiheyden, paineen ja lämpötilan kaltaisten ominaisuuksien katsotaan olevan määriteltyjä mielivaltaisen pienissä tilavuuksissa. Kontinuumioletus antaa erittäin tarkkoja arvioita fluidien todellisesta käyttäytymisestä, kunhan tarkastelu pidetään selvästi molekyylin kokoa (noin 10-6 metriä) suuremmissa mitoissa. 

 Jaottelu 

Virtausmekaniikka on jatkuvan aineen mekaniikan haara:

Jatkuvan aineenmekaniikkaLujuusoppi eli kiinteiden aineiden mekaniikka: tutkii jatkuvasti jakautuneita kiinteitä aineitaElastisuus: aineet, jotka palaavat alkuperäiseen muotoonsaPlastisuus: aineet, jotka muuttavat muotoaan pysyvästiReologia: niiden aineiden tutkimus, joilla on sekä kiinteiden aineiden että fluidien ominaisuuksiaVirtausmekaniikkaEi-newtonilaiset fluiditNewtonilaiset fluidit

 Lähteet 

 Aiheesta muualla 

George Batchelor, An Introduction to Fluid Dynamics, 1967, Cambridge University Press
Cohen, Ira M., Kundu, Pijush K., 2008, Fluid Mechanics, Academic Press
Massey, Ward-Smith, 2005, Mechanics of Fluids, Taylor & Francis
White, Frank M., 2003, Fluid Mechanics, McGraw–Hill
Free Fluid Mechanics books
Computational Fluid Dynamics: CFD Software 
Annual Review of Fluid Mechanics 
CFDWiki – the Computational Fluid Dynamics reference wiki. 
Educational Particle Image Velocimetry – resources and demonstrations 
prof. DSc Ivan Antonov , Technical University of Sofia, Bulgaria.

*