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 aineen mekaniikka	Lujuusoppi eli kiinteiden aineiden mekaniikka: tutkii jatkuvasti jakautuneita kiinteitä aineita	Elastisuus: aineet, jotka palaavat alkuperäiseen muotoonsa
		Plastisuus: aineet, jotka muuttavat muotoaan pysyvästi	Reologia: niiden aineiden tutkimus, joilla on sekä kiinteiden aineiden että fluidien ominaisuuksia
	Virtausmekaniikka	Ei-newtonilaiset fluidit
		Newtonilaiset fluidit

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
• 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.