層流と乱流/環境の大学 >水理学>層流(laminar flow)と乱流(turbulent flow)

層流と乱流
(laminar flow and turbulent flow)


層流とは、流体が規則正しく流線上を運動している流れをいいます。また、乱流はうずが生じて流体が不規則に運動している流れのことをいいます。水理学でのうずとはエネルギー損失の代名詞のようなもので、うずが生じると言われればとりあえずエネルギー損失が起こっているのかと考えてもいいくらいです。

この、層流と乱流の違いは流れに乱れが生じているかどうかに尽きます。この二つを明確に分けるパラメーターは存在しませんが、実験結果から導かれたものがあります。それはレイノルズ数(Reynolds number)というパラメーターです。レイノルズ数はガラス管の直径を $d$ 、流体の粘性を $\mu$ 、平均流速を $v$ としたとき

$Re = \frac{\rho vd}{\mu}$
と表され、無次元量です。

層流と乱流を分けるレイノルズ数を、臨界レイノルズ数(critical Reynolds number)といいます。臨界レイノルズ数は層流→乱流のときと、乱流→層流のときとでは異なっていて、移り変わるときの速度をそれぞれ上臨界速度、下臨界速度といいます。上臨界速度は不確定なので、このとき $Re=2700\sim 4000$ 程度です。下臨界速度では、$Re=2100$ と考えていれば大丈夫です。

レイノルズ数は、流れがどのような状態かを判断する指標になります。したがって、公式適用の条件として $Re< 1000$ のような形ででてくることもあるので、記憶の片隅にでも留めておきましょう。


[ページの上へ] [環境の大学〜環境を学ぶ〜]