LOGICAL MYSTERY TOURにこのページは在りますが,そんなに論理的な話をするわけではありません.レイノルズ数,とは,むしろ実験的に見いだされた数字です.
水道の蛇口の栓を絞って少量の水を出すと,透き通ったきれいな流出液柱が見られます.しかし,栓を大きく開いて多量の水を出すと,やや不透明な乱れた流れになってしまいます.前者のような流れを層流(laminar flow)といい,後者のような流れを乱流(turbulent flow)といいます.
1883年レイノルズは管内の層流,乱流について最初の明確な実験を行いました.彼は下の図に示すように,入り口部に丸みをつけたガラス管内を流れる水に着色液を注入して管内部を観察しました.すると,着色液は管内流の流量が小さい間は,線状となって秩序よく流れ,つまり管内流が層流であることを示しましたが(図a参照),ある流量を超えると急に乱れて拡散し,つまり管内流が乱流となっていることを示しました(図b参照).
(a) 層流 (Re ＜ Rec ) (b) 乱流 (Re ＞ Rec ) さて,この層流から乱流への移行(これを遷移,transitionといいます)は,何によって支配されているのでしょうか?レイノルズはいろいろ考え,いろんな条件を変えながら実験したあげく次式であらわされるレイノルズ数(Reynolds number)Re の値によって,その管内流が層流であるか乱流であるかが決まると言うことを見いだしました.
Re = ρVd/μ = Vd/ν
ただし,ρ は流体の密度,μ は流体の粘度,V は管内の流体の流速,d は管の直径,ν は流体の動粘度です.
つまり,レイノルズ数とは流体固有の値(密度,粘度,動粘度)だけではなく,管内の流速や,管のサイズ(直径)などの流体以外の条件を含めてはじめて定まる値なのです.ただ,レイノルズ数によって直接影響を受けるものは流れている流体のみです.
そして,ちょうど遷移が起こるレイノルズ数を臨界レイノルズ数(critical Reynolds number)といい,普通Rec と書きます.円管内の流れの場合,Rec は約2000です.
ある流れている流体のレイノルズ数が小さい,厳密に言うと臨界レイノルズ数Rec より小さいとき,その流れは層流であると言えます.逆に,ある流れている流体のレイノルズ数がRec より大きいとき,その流れは乱流である,と言えるのです.
参考文献 須藤浩三 他 2名:流体の力学,コロナ社(1994)
(C)1998 mahall
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