流体の流れの種類とは何ですか-完全な説明

流体入門

流体は、せん断応力下で連続的に変形する傾向がある物質です。 それは液体と気体の両方で構成されています。 地球上のすべての事項は、二つのカテゴリ、すなわち、固体と流体にそれらの行動に基づいて分類することができます。 特定の条件下で流れる傾向がある物質は、流体と呼ばれます。 流体の流れの種類をよりよく理解し、視覚化するためには、さまざまな種類の流体と流体と固体の違いを理解することが不可欠になります。 この記事では、流体の種類と固体と流体の違いを簡単に説明し、流体の種類に移動します。

流体の種類

流体は、せん断応力下での挙動に基づいて分類されます。 挙動は、粘度と流体の密度と呼ばれる量の助けを借りて分析されます。 粘度は、固体粒子に存在する摩擦力のようなものであり、固体の動きに抵抗する。 これは、流体の流れに抵抗し、後続の流体層の間の相対運動を誘導する。

分類し、分類をよりよく理解するために、次の式を考えてみましょう:

注：上記の式は、一方向（X方向）に流れる流体を表し、他のすべての方向の流れはゼロです。

流体を6つの異なるタイプに分類することができます。:

1. 理想流体：

このタイプの流体では、粘度はゼロとみなされ、密度はどこでも一定です。 これは、流体の流れの中で流体の層の間に相対運動がなく、すべての層が同じ速度で移動することを意味します。 理想的な流体は仮定であり、現実には存在しません。 これらの仮定は、与えられた条件での流体の挙動を分析するために行われます。

要するに、我々はそれを言うことができます,

2. 実際の流体：

このタイプの流体では、粘度はゼロではなく、密度は流体のどこでも変化します。 これは、流体の流れの中で流体の層の間に相対運動があることを意味します。 実際の流体は、実際には流体が所有する動作ですが、分析を簡単にするために無視されることがよくあります。 実際の流体では、密度の変化に対する固定式と流体の粘度に対する固定値はありません。 すべての流体は本質的に本物の流体です。

要するに、我々はそれを言うことができます,

3. ニュートン流体：

実際の流体では、密度を計算するための正確な式がなく、流体の粘度もわかりません。 ニュートン流体は、粘度の定義された値を持つ流体であり、指数（n）の値は1です。 すべてのニュートン流体の方程式は次のように書くことができます:

ニュートン流体は一定の密度と可変の密度を持つことができますが、時間と空間に関する密度

の変化は私たちに知られています。

要するに、我々はそれを言うことができます,

4. 非ニュートン流体：

このタイプの流体では、粘度はゼロではなく、正確に定義されます。 密度は、時間および空間に関して変化するか、または一定のままであり得る。 主な違いは、指数’n’の値で発生しますが、これは1に等しくなく、非ニュートン流体の種類に依存します。 すべての非ニュートン流体の方程式は次のように書くことができます:

5. 圧縮性流体:

密度が時間と空間によって変化する場合、流体は圧縮性流体と呼ばれます。 この場合の粘度については、ゼロまたは非ゼロのいずれかになる可能性があるため、言うことはできません。

要するに、我々はそれを言うことができます,

6. 非圧縮性流体:

流体の密度が時間と空間によって変化しない場合、流体は非圧縮性であると言われます。 この場合の粘度については、ゼロまたは非ゼロのいずれかになる可能性があるため、言うことはできません。

要するに、我々はそれを言うことができます,

下の分類は粘着性および密度に基づいて異なった液体の特性をリストします:

S.no…..	流体の種類	粘度	密度
1	理想流体	ゼロ	定数
2	実流体	非ゼロ	変数
3	ニュートン流体	非ゼロであり、明確な式を持つ	は定数または可変のいずれかにすることができます
4	非ニュートン流体	非ゼロであり、式は非ニュートン流体の種類に依存します	は定数または可変のいずれかになります
5	圧縮性流体	ゼロ/非ゼロ	可変
6	非圧縮性流体	ゼロ/非ゼロ	定数

固体と流体：それらの違い

固体と流体はその挙動が異なり、物理学の規則に同じように従わない。 その特性の違いから、私たちは固体のための固体力学と流体のための流体力学を持っています。 我々は密接に様々な条件下で彼らの行動を観察するように我々はそれらの間の多くの違いに注意することができます。 それらの挙動をより簡単な方法にグループ化するために、せん断応力と呼ばれる特性を使用します。 これは、流体の流れ特性と、その挙動が固体とどのように異なるかを定義します。 固体はせん断応力の作用の下で曲がり、変形する傾向がある。 したがって、それらのせん断応力は、曲げまたは変形に伴って直線的に変化する。 流体はせん断応力の作用下で連続的に変形する傾向があり、せん断応力の変化は変形とともに線形ではない。 これは、固体と流体の主な違いです。

図：せん断応力挙動

流体の流れの駆動力

流体の流れ特性は、サイクロン、天候の変化、内燃機関の冷却など、さまざまな現象をもたらします。 問題は、流体の流れの理由は何ですか？ そして、すべての条件で流体の流れの挙動を予測することができますか？ 流体は、2つの点の間の圧力差のために1つの点から別の点に流れます。 流体の自然な流れは、これら二つの点での圧力差を均等化するために高圧から低圧に発生します。 低圧領域から高圧領域への流れは、ポンプなどの外部駆動力で達成することができる。 流体の流れパターンは分類できますが、瞬時に正確に予測することはできません。 流体の流れ挙動のすべての予測は，与えられた瞬間における流れの挙動を近似するために数値技術を使用するソフトウェアを使用して行われる。

画像ソース

流体の流れの研究を開始するには、まず流体の流れのさまざまなパラメータについて学びましょう。 これらのパラメータは、タイムライン、パスライン、ストリークライン、およびストリームラインです。

タイムライン:

与えられた瞬間に隣接する流体粒子が流れていることをマークすると、タイムラインを形成します。 例えば、一定のせん断応力の作用下での流体粒子の挙動を実証するために、タイムラインを導入して、各瞬間に流体の変形を与えた。 したがって、タイムラインでは、流体の各粒子は、時間の与えられた瞬間にトレースされます。

図1.1.1.4:タイムライン

パスライン:

流体粒子の経路をしばらく追跡すると、パスラインが形成されます。 例えば、染料と煙を取り、その後の動きの長時間露光写真を撮る。 パーティクルによってトレースされるパスはPathlineです。 ここでは、流体の源粒子を考慮し、与えられた時間の間、その経路を観察する。 その時間の間にパーティクルによってトレースされるパスは、パーティクルのパスラインです。

図1.1.1.:Pathline

Streakline:

流体パーティクルパスを指定された場所にしばらくマークすると、Streaklineが形成されます。 自動車の風洞空力試験では、空力力と抗力評価のために車に向かって煙が放出されます。 車の上の煙によって追跡される道はStreaklineである。 ここでは、後続の層の流れを考慮し、与えられた瞬間にそれらの位置を観察し、位置をトレースしてStreaklineを形成する。

図:ストリークライン

Streamline:

これは、点における流体粒子の速度の方向を接線に与えるように、流体粒子に描かれたパスです。 それらは流れの接線であるため、流線に沿って流れが存在しない可能性があります。 これらは、流れの可視化のためのコンピュータシミュレーションで使用され、流線は、流体粒子によって追跡される速度場を表すために描かれている。

図1.1.1.：流線

流体の流れの種類

流体の流れは、次のタイプに分類することができます:

1. 均一および不均一な流れ
2. 定常および非定常流れ
3. 回転および非回転流れ
4. 圧縮性および非圧縮性流れ
5. 粘性および非粘性流れ
6. 外部およ層流と乱流
7. 1D、2d、3dフロー

それらについて一つずつ研究してみましょう：

1。 均一で不均一な流れ

流体の速度が空間とともに変化しない場合、流体の流れは均一であると言われます。 したがって、このタイプの流体の流れでは、速度は時間にのみ依存し、流体粒子のX、Y、Z座標には依存しません。

流体の流れは、流体の速度が空間とともに変化する場合、不均一であると言われています。 したがって、このタイプの流れでは、速度は時間と流体粒子のX、Y、Z座標の関数です。 例えば、図に示すように、断面面積が変化していないときは流れの速度は一定ですが、断面面積が変化するにつれて、流体が断面に移動するにつれて速度 流れは本質的に非Unifromになります。

均一な断面を持つパイプを通る流体の流れは均一な流れと呼ばれ、流体の流れが均一な（またはテーパー）断面を持たないパイプを通る場合は不均一な流れ

2。 定常流と非定常流

流体の流れは、速度や圧力などの流体特性が時間とともに変化しない場合、定常流と呼ばれます。 したがって、この流れでは、流体の特性は、流体粒子のX、Y、Z座標にのみ依存する。 このタイプのフローでは、streaklines、streamlines、およびpathlinesは同じです。

流体の流れは、速度や圧力などの流体特性が時間とともに変化する場合、非定常です。 したがって、この流れでは、流体特性は、流体粒子の時間およびX、Y、Z座標に依存する。 このタイプのフローでは、streaklines、streamlines、およびpathlinesは同一ではありません。

与えられた図では、最初の式は定常流を表し、第二の式は非定常流を表しています。 管を通した一定した排出は管を通した可変的な排出は非定常流れであるが、安定した流れです。

3. 回転および非回転の流れ

流線内を移動しながら流体粒子がその軸を中心に回転する場合、それは回転流と呼ばれます。
流体粒子が流線内を移動し、それらの軸を中心に回転しない場合、それは非回転流と呼ばれます。
流れの速度に依存する流れの渦度を計算することによって、このタイプの流れを特定することができます。 渦度がゼロの場合、流体の流れは非回転性であり、それ以外の場合は回転流である。

4. 圧縮性および非圧縮性の流れ

圧縮性流れでは、流体の密度は時間と空間とともに変化します。 一方、非圧縮性の流れでは、流体の密度は一定のままである。 この流れはブレーキ液の適用を見つける。 ブレーキシステムでは、ブレーキ液は破損のための車輪にフィートによって作成される圧力を移す。 流体が非圧縮性である場合、それは効果的な制動のために足によって加えられた正確な圧力を車輪に伝達する。 流体が圧縮性である場合、車輪に伝達される圧力は適用される圧力よりも小さくなる。 それもゼロかもしれません。 したがって、ブレーキ液は本質的に非圧縮性でなければならない。

マッハ数の助けを借りて、これらのタイプの流体の流れを迅速に識別することができます。 それは次のように定義されます：

Ma=V/Vs

• Vs=流体中の音速
• V=流体の速度

0<=マー<0.33	非圧縮性フロー
マー>0.33	圧縮性の流れ

5. 粘性および非粘性流れ:

粘性流では、流体粒子は後続の層の間で粘度を経験し、したがって、流体粒子の層の間で相対運動が起こる。 非粘性流れでは、流体粒子は、後続の層の間にいかなる粘度も経験せず、したがって、流体粒子間に相対運動は存在しない。

6. 外的な、内部流れ:

内部流体の流れ

壁の存在は、このタイプの流れパターンを決定します。 固体によって完全に囲まれた流れは、内部流またはダクト流と呼ばれます。

いずれかの固体が流れを拘束しない場合、それは外部フローと呼ばれます。 例えば、自動車上の流れは外部流れと呼ばれ、ソフトウェアや風洞試験の助けを借りて視覚化されます。 円の管の中の流れは内部流れで、ソフトウェアおよび簡単な実験室の実験の助けによって容易に視覚化することができる。

7. 層流および乱流

層流では、流体粒子は異なる層で移動し、巨視的に混合しない。 このタイプの流体の流れでは、与えられた瞬間の流れのパターンを予測することができます。 後続のすべての層は、フロー内で互いに平行である。

乱流では、流体粒子が混ざり合い、流れはランダムになります。 このタイプの流れでは、流れのパターンを特定の瞬間に正確に予測することはできません。 渦の形成が起こり、大量のエネルギー損失をもたらす。

レイノルズ数は、流れ、すなわち乱流であるか層流であるかを予測するために使用されます。 式は次のように与えられます:

Re=V*L/μ

ここで、,

• Re=レイノルズ数
• V=流体の速度
• L=特性流れが起こっている物体の長さ
• μ=粘度係数

内部流れ,

0<=再<=2000	層流
2000<再<=4000	層流から乱流への移行
4000<Re

外的な流れのため,

0<=再<=100000	層流
100000<再<=500000	層流から乱流への移行
500000<Re

8. 1-D、2-D、および3-D流体の流れ：

1-Dタイプの流体の流れでは、速度などの流体パラメータは時間の関数であり、1つの空間座標のみです。

二次元流体の流れでは、速度などの流体パラメータは時間と二つの空間座標の関数である。

3次元流体の流れでは、速度などの流体パラメータは時間と3つの空間座標すべての関数です。

1-d流体フロー	u=f(x,t),v=0,w=0
2-d流体フロー	u=f(x,y,t),v=g(x,y,t),w=0
3-d流体フロー	u=f(x,y,z,t),v=g(x,y,z,t),w=h(x,y,z,t))

よくある質問

Q.1. 圧縮性流体と圧縮性流体の違いは何ですか？

回答-圧縮性流体は流体とその密度変化について話しますが、圧縮性フローは運動中の流体と運動中の流体の密度変化についてのみ話します。 流体は、静的条件の間は一定の密度を有し、動的条件の間は可変の密度を有することができる。 マッハ数は、流れが圧縮可能かどうかを決定します。 それは流動特徴を決定しません。

Q.2. どのタイプの流体の流れが遷移レジームで考慮されますか？

答え-それは状況とあなたのコンピュータの状態に依存します。 遷移レジームで乱流に近い値があり、シミュレーションのための優れたコンピュータを持っている場合は、乱流のために行きます。 そうでない場合は、層流に行きます。

Q.3. 車を通過する空気の流れは外部と内部の流れである

答え-車の空力抵抗を分析すると、それは外部の流れです。 車の中に入る空気のいくつかの量があります。 それは固体によって制限されているので、したがって、内部フローと考えることができます。

Q.4. ブレーキ液の適用に適用される法律の名前は何ですか？

答え-法律の名前はパスカル法です。 非圧縮性流体の場合、圧力はすべての方向に均等に伝達されると述べています。

Q.5. なぜタイムラインは安定した非定常な流れで言及されていないのですか？

回答-流体パラメータは時間に依存しないため、定常流のタイムラインの概念はありません。

Q.6. ポンプとは何ですか？

回答-ポンプは、流体の自然な流れ方向に対して、流体の移動に使用される外部薬剤です。 例えば、ポンプは蒸気発電所で使用され、凝縮器からボイラーに水を高さで取り込むために使用される。

Q.7. せん断応力とは何ですか？

答え-せん断応力は、力が加えられた物体に接線方向に加えられる力によって発生する応力です。