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臨界速度は、チューブを通る液体の流れが滑らかな、または「層流」から乱流に変化する速度と方向です。臨界速度の計算は複数の変数に依存しますが、チューブを通る液体の流れを層流または乱流として特徴付けるのはレイノルズ数です。レイノルズ数は無次元変数です。つまり、単位が付いていません。
臨界速度の計算
パイプの一部を通過する水の臨界速度を求めたい場合は、臨界速度を計算するための基本式Vcrit =(Nr_µ)/(D_ρ)を使用することから始めましょう。この方程式では、Vcritは臨界速度を表し、Nrはレイノルズ数を表し、µ(mu)は特定の液体の粘性係数(つまり、流れに対する抵抗)を表し、Dはパイプの内径を表し、ρ(rho )は、指定された液体の密度を表します。 µ(mu)変数は、1秒あたりの平方メートルで測定され、特定の液体の密度は1平方メートルあたりのキログラムで測定されます。
内径0.03メートルのパイプの長さ2メートルのセクションがあり、Vで表される毎秒0.25メートルの速度でパイプのそのセクションを通過する水の臨界速度を知りたいとします。温度によって異なりますが、通常の値は0.00000114平方メートル/秒です。この例ではこの値を使用します。水の密度(ρ)は1立方メートルあたり1キログラムです。
レイノルズ数が指定されていない場合は、次の式を使用して計算できます:Nr =ρ_V_D/ µ。層流は2,320未満のレイノルズ数で表され、乱流は4,000を超えるレイノルズ数で表されます。
レイノルズ数方程式の各変数の値を差し込みます。値を接続すると、レイノルズ数は6,579になります。 4,000より大きいため、流れは乱流と見なされます。
ここで、値を臨界速度方程式に接続すると、Vcrit =(6,579_0.000000114メートル/秒2乗)/(0.03 meter_1キログラム/立方メートル)= 0.025メートル/秒になります。