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ハーゲン・ポアズイユ流れ

索引 ハーゲン・ポアズイユ流れ

ハーゲン・ポアズイユ流れ(ハーゲン・ポアズイユながれ、Hagen-Poiseuille flow)とは、管径が一定の円管を流れる粘性をもつ流体(非圧縮性のニュートン流体)の定常層流解禰津・冨永『水理学』、p.123。、つまり円形の管の中をゆっくり流れる水などの流れ方に関する厳密解である。このような流れでは非圧縮性ニュートン流体の運動方程式であるナビエ・ストークス方程式を解析的に解くことができ、この流れは数少ない厳密解のうち最も有名でかつ重要な流れである禰津・冨永『水理学』、p.123。。 特にハーゲン・ポアズイユの法則(Hagen-Poiseuille law)またはハーゲン・ポアズイユの式(Hagen-Poiseuille equation)と言った場合には、このような流れにおける(体積)流量に関する公式のことを指す日下部・檀・湯城『水理学』、p.81。。また、「ハーゲン」を省略してポアズイユ流れとも呼ばれるが、概要で説明されるようにこの呼び方は正当な評価とは言えない。.

23 関係: 半径定常状態層流圧力損失医師ナビエ–ストークス方程式ヨーロッパレイノルズ数ニュートン流体ダルシー・ワイスバッハの式オイラー方程式 (流体力学)ゴットヒルフ・ハーゲンシビルエンジニアジャン・ポアズイユ粘度非圧縮性流れ重力加速度流体流量摩擦損失係数放物線1839年1840年

半径

球の半径 半径(はんけい、radius)は、円や球体など中心(あるいは中心軸)をもつ図形の、中心(中心軸)から周に直交するように引いた線分のこと。また、その線分の長さを指すこともあり、この長さを数学や物理学では小文字の r で表すことがある。 円や球の場合は、差し渡しの長さを意味する径の半分の長さを持つために、これを半径といい、対して区別のために径を直径と呼ぶ。一方で、半径は中心に関する対称性を持つ図形にしか定義できないという特徴を持つため、半径と径とは直接的な関係を持つわけではない。.

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定常状態

定常状態(ていじょうじょうたい、steady state)とは、時間的に一定して変わらない状態を意味し、自然科学の各分野で用いられる概念である。 自然界において、たとえば小川は、上流などで雨が降らない限り、時間とともに川の流れの速度や流量が変わることはなく一定であり、この意味で定常状態にあると言える。.

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層流

層流(そうりゅう、英語:laminar flow)とは、各流体要素が揃って運動して作り出す流れのことである。.

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圧力損失

圧力損失(あつりょくそんしつ)とは、流体が機械装置などを通過する際の単位時間単位流量あたりのエネルギー損失である。摩擦損失とも呼ばれる。圧力と同じ次元をもつ。損失は装置内の抵抗に打ち勝つためにその分だけエネルギーを消費することによる。粘性のある流れの場合、熱力学第二法則より、圧力損失のない流れはあり得ない。しかし圧力損失が大きいことはエネルギーの利用効率が低いことであるので、できるだけ損失を小さくする工夫が必要である。配管などの内部流れに対しては、出入口の総圧の差で定義される。 最も単純な内部流れとして、円管を通る流れの圧力損失はダルシー・ワイスバッハの式によって摩擦損失係数という無次元数に置き換えてさまざまなレイノルズ数に対してその値が調べられ、その関係を表す式がいろいろ提案されている。 空気など流体の密度が低い場合、動圧は小さいため無視されることが多い。流体が液体の場合は以下のように水頭にした損失水頭で表されることも多い。 また、外部流れの場合は、装置の抵抗を表すために抗力を用いることが多い。 Category:流体力学 Category:圧力.

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医師

医師(いし、doctor)とは、医療および保健指導を司る医療従事者。医学に基づく傷病の予防、診療および公衆衛生の普及を責務とする。 米国では、伝統的に医師は英語で「」と称される。また、専門分野ごとに「内科医 (physician)」と呼ばれたり「外科医 (surgeon)」と呼ばれたりもする。欧米で医師の一般名称「physician」に対して外科医だけが「surgeon」と呼ばれている理由は、中世より「内科学」=「医学」とされており、「内科医」=「医師」であったことによる。「外科医」の仕事は初期の頃は理容師によって行われ、医療補助職として扱われており、現在での義肢装具士や理学療法士等のような存在であったことから、別の名称があてられることになった。すなわち医師である内科医が診察診断を行いその処方に基づいて理髪師(外科医)が外科的治療を薬剤師が内科的治療(投薬)をそれぞれ行うという建前であった。しかし時代が進むにつれ外科医も薬剤師も独自に治療を行うようになり彼らも医者とみなされるようになっていった。その他に、フランス語では médecin(メドゥサン)、ドイツ語では Arzt(アルツト)である。 また、博士の学位を持っていない医師までも doctor と呼ぶことは、日本、英国、オーストラリア、ニュージーランド、等で行われている。ただし、英連邦諸国では、外科医は、学位にかかわらず、今日なお「ミスター」で、「ドクター」とは呼ばない。本来なら「master.

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ナビエ–ストークス方程式

ナビエ–ストークス方程式(ナビエ–ストークスほうていしき、Navier–Stokes equations)は、流体の運動を記述する2階非線型偏微分方程式であり、流体力学で用いられる。アンリ・ナビエとジョージ・ガブリエル・ストークスによって導かれた。NS方程式とも略される。ニュートン力学における運動の第2法則に相当し、運動量の流れの保存則を表す。.

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ヨーロッパ

ヨーロッパ日本語の「ヨーロッパ」の直接の原語は、『広辞苑』第5版「ヨーロッパ」によるとポルトガル語・オランダ語、『デジタル大辞泉』goo辞書版「」によるとポルトガル語。(、)又は欧州は、地球上の七つの大州の一つ。漢字表記は欧羅巴。 地理的には、ユーラシア大陸北西の半島部を包括し、ウラル山脈およびコーカサス山脈の分水嶺とウラル川・カスピ海・黒海、そして黒海とエーゲ海を繋ぐボスポラス海峡-マルマラ海-ダーダネルス海峡が、アジアと区分される東の境界となる増田 (1967)、pp.38–39、Ⅲ.地理的にみたヨーロッパの構造 ヨーロッパの地理的範囲 "Europe" (pp. 68-9); "Asia" (pp. 90-1): "A commonly accepted division between Asia and Europe...

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レイノルズ数

レイノルズ数(Reynolds number、Re)は流体力学において慣性力と粘性力との比で定義される無次元量である。流れの中でのこれら2つの力の相対的な重要性を定量している。 概念は1851年にジョージ・ガブリエル・ストークスにより紹介されたが、レイノルズ数はオズボーン・レイノルズ (1842–1912) の名にちなんで名づけられており、1883年にその利用法について普及させた。 流体力学上の問題について次元解析を行う場合にはレイノルズ数は便利であり、異なる実験ケース間での力学的相似性を評価するのに利用される。 また、レイノルズ数は層流や乱流のように異なる流れ領域を特徴づけるためにも利用される。層流については、低いレイノルズ数において発生し、そこでは粘性力が支配的であり、滑らかで安定した流れが特徴である。乱流については、高いレイノルズ数において発生し、そこでは慣性力が支配的であり、無秩序な渦や不安定な流れが特徴である。 実際には、レイノルズ数の一致のみで流れの相似性を保証するには十分ではない。流体流れは一般的には無秩序であり、形や表面の粗さの非常に小さな変化が異なる流れをもたらすことがある。しかしながら、レイノルズ数は非常に重要な指標であり、世界中で広く使われている。.

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ニュートン流体

ニュートン流体(ニュートンりゅうたい、Newtonian fluid)は、流れのせん断応力(接線応力)と流れの速度勾配(ずり速度、せん断速度)が比例した粘性の性質を持つ流体のこと。この流れのことをニュートン流動と言う。 比例関係が成立した粘性率は、流体の種類によって固有の物性値であることが表される。これをニュートンの粘性法則と言う。 直交座標による空間を考え、そこでx方向に流体による流れが存在すると考える。簡単のため境界等の効果は考えないものとする。x-y平面を考えると、その面を境にして流体は力(応力)を及ぼし合っていて、面に垂直な方向(法線方向)の単位面積当りに働く力が圧力であり、面に平行な方向(接線方向)の単位面積当りに働く力を接線応力と言う。 流れている流体の粘性率をμとして、x 方向の流れの速さをux とすると、接線応力τxy は、 となる。この時、 \partial u_x / \partial y をずり速度と言う。ニュートン流体は、粘性率μがこのずり速度に依存せず、接線応力が上式で表現できる。 3次元に一般化した場合、上式はテンソル表示され次のようになる。 &\tau.

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ダルシー・ワイスバッハの式

流体力学において、ダルシー・ワイスバッハの式(英:Darcy–Weisbach Equation)は流れが十分に発達した円管内定常流の管壁による摩擦損失を与える式である。この式は、配管に流れる流体と管壁の摩擦に起因する損失水頭、もしくは圧力損失を記述している。この式はヘンリー・ダルシーにより開発され、1845年にユリウス・ワイスバッハにより修正されているが、式の原型はプロニーの式である。式の名はヘンリー・ダルシー及びユリウス・ワイスバッハの名をとって名づけられた。.

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オイラー方程式 (流体力学)

流体力学におけるオイラー方程式(オイラーほうていしき、Euler equations)とは、完全流体を記述する運動方程式である巽『連続体の力学』 p.142。 この方程式は1755年にレオンハルト・オイラーにより定式化された。完全流体とは粘性を持たない流体である。粘性がないため、境界条件として壁面でのすべりを許す必要がある。 高マッハ数の圧縮性流れでは、流速が大きいことから粘性や乱流の効果は壁面近くの小さな領域にしか現れないため、オイラー方程式を用いて流れの解析が行われる。 オイラー方程式は で表される。ここで は流体の速度場、 は密度場、 は圧力場で、 は流体の質量当たりにかかる外力場(加速度場)である。これはナビエ-ストークス方程式から粘性項を省いたものと同じである。 ベクトル解析の公式から と変形されるので、オイラー方程式は となる。ここで は流体の渦度である。 さらに密度が圧力だけで決まる順圧の場合には圧力関数 を導入すれば と表される。外力が重力のような保存力である場合には、外力のポテンシャルを として であり、オイラー方程式は となる。.

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ゴットヒルフ・ハーゲン

ットヒルフ・ハインリッヒ・ルートヴィッヒ・ハーゲン(Gotthilf Heinrich Ludwig Hagen, 1797年3月3日 - 1884年2月3日)は、ドイツの技術者。専門分野は水理学。 1839年に非圧縮性ニュートン流体の流れ方に関する法則を発見した。翌1840年にフランスのジャン・ポアズイユも同様の発見をしており、この法則は2人の名前をとってハーゲン・ポアズイユ流れと呼ばれている。.

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シビルエンジニア

ビルエンジニア (Civil engineer).

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ジャン・ポアズイユ

ャン=ルイ=マリー・ポアズイユ(Jean-Louis-Marie Poiseuille, 1797年4月22日 - 1869年12月26日)は、フランスの医師、物理学者・生理学者である。流体力学の分野で層流流れに関するハーゲン・ポアズイユ流れを導いたことで知られる。粘度のCGS単位系の粘度の単位ポアズはポアズイユの名に因んでいる。 パリで生まれた。エコール・ポリテクニークで物理学と数学を学んだ。円筒管内部を流れる、非圧縮性の粘性流体の層流流れについて1838年に実験し、1840年にハーゲン・ポアズイユ流れを、ゴットヒルフ・ハーゲンとは独立に導いた。 これは生理学の分野では毛細管中の血液の流れなどの研究に役立つものである。.

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粘度

粘度(ねんど、Viskosität、viscosité、viscosity)は、物質のねばりの度合である。粘性率、粘性係数、または(動粘度と区別する際には) 絶対粘度とも呼ぶ。一般には流体が持つ性質とされるが、粘弾性などの性質を持つ固体でも用いられる。 量記号にはμまたはηが用いられる。SI単位はPa·s(パスカル秒)である。CGS単位系ではP(ポアズ)が用いられた。 動粘度(後述)の単位として、cm/s.

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非圧縮性流れ

非圧縮性流れ(ひあっしゅくせいながれ)とは流体力学において、流体粒子の内部で密度が一定の流体である。縮まない流体とも呼ばれる。連続体力学における非圧縮性の概念を流体に適用したものである。 言い換えると、非圧縮性とは流体の速度の発散が 0 になることである(この表現が等価である理由は後述)。 非圧縮性流れは、流体自体が非圧縮性であることを意味するものではない。圧縮性流体でも(適切な条件の下で)良い近似で非圧縮性流れとしてモデル化できる。非圧縮性流れは流体と同じ速度で移動する流体粒子の中で密度が一定であることを意味する。 非圧縮性流れに対して、密度が変化する流れを圧縮性流れという。厳密な意味での非圧縮性流れは自然界には存在しないが、一般的に流れのマッハ数(局所音速と流速との比)が小さい流れに対しては圧縮性の影響は無視できる。マッハ数が0.3を超えるか、または流体が非常に大きな圧力変化を受ける場合に、圧縮性の影響は考慮される。.

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重力加速度

重力加速度(じゅうりょくかそくど、gravitational acceleration)とは、重力により生じる加速度である。.

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流体

流体(りゅうたい、fluid)とは静止状態においてせん断応力が発生しない連続体の総称である。大雑把に言えば固体でない連続体のことであり、物質の形態としては液体と気体およびプラズマが流体にあたる。.

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流量

流量(りゅうりょう、)とは 、流体(液体と気体)が移動する量(体積、質量)を表す物理量である。ふつう、単位時間当たりにどれだけの量が移動したかを表す。.

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摩擦損失係数

摩擦損失係数とは流体力学でのダルシー・ワイスバッハの式に使われる無次元数であり、配管流れや開水路流れでの流体エネルギーの摩擦損失を記述している。基本的な流れであり、産業的にも重要であるため、数多くの式が提案されている。 次元解析により無次元化された式で表現されており、提案されている式は全て次の2つの無次元変数によって表されている:.

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放物線

放物線(ほうぶつせん、希:παραβολή「parabolē」、羅、英: parabola、独: Parabel)とは、その名の通り地表(つまり重力下)で投射した物体の運動(放物運動)が描く軌跡のことである。 放物線をその対称軸を中心として回転させた曲面を放物面という。.

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1839年

記載なし。

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1840年

記載なし。

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