レイノルズ数の計算(層流・乱流の判定)
流体の密度・流れの速さ・管の内径(代表の長さ)・粘性係数を入れると、レイノルズ数を計算し、流れが層流(整った流れ)か乱流(乱れた流れ)かの目安を判定します。
kg/m³
水は約1000kg/m³です
m/s
m
Pa・s
水は20℃で約0.001Pa・sです
計算方法
レイノルズ数 Re = 流体の密度 ρ × 流れの速さ v × 代表の長さ L ÷ 粘性係数 μ
例:水(密度1000kg/m³、粘性係数0.001Pa・s)が、内径5cm(0.05m)の管を秒速1mで流れると、Re = 1000×1×0.05÷0.001 = 50,000となり、乱流の目安です。
レイノルズ数は、流れの「乱れやすさ」を表す、単位のない数です。値が小さい(粘性の影響が大きい)ほど層流になりやすく、値が大きい(勢いの影響が大きい)ほど乱流になりやすくなります。まっすぐな円管の中の流れでは、レイノルズ数が約2300より小さいと層流、約4000より大きいと乱流になりやすいとされています。
出典:レイノルズ数の定義式、円管内の流れにおける層流・乱流の目安(流体力学の基本的な考え方)
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よくある質問
層流と乱流の違いは?
層流は、流れがすじ状に整っている状態、乱流は、渦を巻いたりして流れが乱れている状態です。
レイノルズ数が大きいほど乱れやすいのはなぜ?
流れの勢い(慣性力)が、流れを整える働きをする粘性の力より大きくなるため、乱れやすくなります。
単位がないのはなぜ?
分子(密度×速さ×長さ)と分母(粘性係数)の単位が、計算するとちょうど打ち消し合うためです。
気体でも計算できる?
できます。気体の密度と粘性係数を入れれば、空気の流れなどでも同じ式でレイノルズ数を計算できます。
境目の2300や4000という数字はどこから来た?
まっすぐな円管の中の流れを観察した実験から、目安として広く使われている数字です。管の形などが変わると、この数字も変わります。