管内流の一般的な特性 II

流体がパイプに入ると、流体は最初に速度プロファイルが調整される入口領域を流れ、壁に沿って境界層を形成します。この境界層は、パイプを満たすまで成長し、パイプの断面を横切る安定した速度プロファイルを持つ完全に発達した流れを作り出します。

この完全に発達した状態に到達するために必要な距離は、入口の長さと呼ばれ、流れのタイプとレイノルズ数によって異なります。層流は短い距離でこの状態に達しますが、乱流は混合と不規則性のためにより長い入口長を必要とします。

完全に発達した流れでは、運動は圧力差によって駆動されます。水平パイプでは、この圧力差が粘度を打ち消し、安定した流れを維持します。

入口領域では、流れが調整されるにつれて加速度のバランスをとるために、より大きな圧力勾配が必要になりますが、この勾配が完全に発達すると一定になります。

せん断応力は流れの種類によって異なり、層流では分子の相互作用から生じますが、乱流では、より重要でランダムに移動する流体粒子間の運動量移動から生じます。この違いは、圧力分布と全体的な流れの挙動に影響します。