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物理学者とエンジニアは、ポアズイユの法則を使用して、パイプを通る水の速度を予測します。この関係は、流れが層流であるという仮定に基づいています。これは、水道管よりも小さな毛細管により適した理想化です。乱流は、ほとんどの場合、流体がパイプの壁と相互作用することによって生じる摩擦と同様に、大きなパイプの場合の要因です。これらの要因、特に乱気流を定量化することは難しく、ポアズイユの法則は常に正確な近似を与えるとは限りません。ただし、一定の圧力を維持する場合、この法則により、パイプの寸法を変更したときに流量がどのように異なるかを知ることができます。
TL; DR(長すぎる;読まなかった)
ポアズイユの法則では、流量Fは F =π(P1-P2)r4 ÷8ηLここで、rはパイプの半径、Lはパイプの長さ、ηは流体の粘度、Pは1-P2 パイプの一端から他端までの圧力差です。
ポアズイユ法の声明
ポアズイユの法則は、1800年代にフランスの物理学者であるジャンレオナルドマリーポアズイユとドイツの油圧エンジニアのゴットヒルフハーゲンによって開発されたため、ハーゲンポアズイユ法と呼ばれることもあります。この法則によれば、長さLと半径rのパイプを通る流量(F)は次のように与えられます。
F =π(P1-P2)r4 ÷8ηL
ここで、P1-P2 はパイプの両端間の圧力差で、ηは流体の粘度です。
この比率を反転することにより、関連する量、フロー抵抗(R)を導き出すことができます。
R = 1÷F = 8ηL÷π(P1-P2)r4
温度が変化しない限り、水の粘度は一定に保たれます。一定の圧力と一定のパイプ長の下で水システムの流量を考慮する場合、ポアズイユの法則を次のように書き換えることができます。
F = Kr4、ここでKは定数です。
流量の比較
水システムを一定の圧力に維持する場合、周囲温度で水の粘度を調べて、測定値と互換性のある単位で表現した後、定数Kの値を計算できます。パイプの長さを一定に保つことで、半径の4乗と流量の比例関係が得られ、半径を変更した場合の速度の変化を計算できます。半径を一定に保ち、パイプの長さを変えることも可能ですが、これには異なる定数が必要になります。流量の予測値と測定値を比較すると、乱流と摩擦が結果にどの程度影響するかがわかります。この情報を予測計算に組み込んでより正確にすることができます。