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機械設計エンジニアの基礎知識 | 設計・3DCAD・製図・金型等

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量距離のことです。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20?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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