流れの基礎

静止流体から管内や物体周りの流体、そして流体の測定方法に至るまで、流体力学の基礎が理解できる！流速、流量、流線、剥離などの概念をじっくりと掘り下げ、実際の流体の問題解決に役立つ知識が身につく。

流れの基礎

流れを表す物理量

ここでは、流れを理解して頂くために、速度や流量など流れを表す物理量について解説します。

■速度
速度とは単位時間当たりの移動距離のことです。単位は、m/sやkm/hなどが使われます。例えば、自動車の速度は時速40[km/h] 、台風の風速は、最大15[m/s]、ボールのスピードは時速80[km/h]のように表現され、単位時間あたりに移動する距離を示します。

微小時間dtに移動した距離dxをとしたとき、式で表すと、

となります。

■流量
次に流量ですが、流量とは、ある断面を「単位時間当たりに通過する流体の体積」のことです。単位はm³/sやL/minなどが使われます。例えば、水道の蛇口を全開にしたとき、１分間に20L流れる場合の流量は20 [L/min]と表現されます。

流量は、次の図のように断面積Aを単位時間あたりに通過した流体の体積となります。流体の体積は、『断面積（A）×流体が移動した距離（dx）』です。流量は、流体の体積を微小時間で割って求めることができます。

式で表すと、
流量　Q = 流体の体積/微小時間 = Adx/dt となります。
dx/dt = V （速度）　より
Q = 流体の体積/微小時間 = Adx/dt = AV

つまり、
流量（Q）　＝　断面積（A）×速度（V）　となるのです。

途中の式の成り立ちは、必ずしも記憶する必要はなく、
最後のQ = AVの式は、流体に関する設計問題を解決する際に、頻繁に利用されるため、ぜひ、記憶しておきましょう。

流体の運動では特定の流体粒子を追跡することは難しいので、観測点を固定したオイラーの方法を用います。観測点の座標を、時刻をとすると、速度はとなります。

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