キキ さんの書込 (2006/11/27(Mon) 06:22)

層流境界層の速度分布はやせた形をしていて，乱流境界層の速度分布は太っ た形をしている．この違いの原因を述べよ．

と大学の課題で出されました．教えてください!!

Joh さんのレス (2006/11/27(Mon) 22:25)

レスがつかないようなので，少し思ったことを書いてみます．形がやせてるとか太っているという意味が，よく分かりません．（出題の背景や文脈が分かるともっと良いです．）

層流は乱流に移行しますが，乱流が層流に戻ることは無いですよね．そんなことだと思います．もっと詳しい人が現われるのを待ちましょう．

なんとなく さんのレス (2006/11/27(Mon) 22:55)

こんばんは． なんとなくです． 流体力学も得意ではない（得意なのあるの？）のですが，問題の意味は多分，次のようなことだと思います． 例えば静止した板の上をＸ方向に流れる，流体の流れに垂直な方向にＹ軸をとると，速度のＹ方向分布は，板に接する部分では（流体の）速度０から始まって，一般に放物線になりますが，この放物線がやせているか，太っているかの事だと思います． つまり，速度変化が小さい（やせている）か大きい（太っている）かということです． 層流と乱流の違いを踏まえて，その理由を答えれば良いのだと思います．

キキ さんのレス (2006/11/28(Tue) 04:26)

なんとなくサンの言ってるので合ってます．わかりずらくてすみません

Joh さんのレス (2006/11/28(Tue) 07:47)

つまり，境界層内の速度勾配が大きいということですね． 問題の意味はわかりました．

乱流はレイノルズ数が大きいから，と言うんじゃ駄目でしょうか(汗)

なんとなく さんのレス (2006/11/28(Tue) 08:45)

たぶん，レイノルズ数だけでは駄目でしょうね． 考え方として，層流→整然とした流れで流体分子が連続的に力を受け位置による運動量変化は小さい．乱流→流体分子は激しく乱れ，各分子集団間の運動量はまちまちで運動量変化は大きい．ちょっと答えに近くなっちゃいましたが，このような力を引き起こすのは何か，どうしてそうなるのかを書けばいいんじゃないかな． もっとも，そこが難しいとこなので，私に分かりません．

Joh さんのレス (2006/11/28(Tue) 10:35)

分子レベルでの運動量は乱流は確かに大きいと思いますが，それは境界層の速度勾配とは別の話ではないですか？主流の速度に同じ議論は使えないですよね．主流の速度が大きいか小さいかは自明ではないですが，乱流はある程度のレイノルズ数以上であると仮定すれば，主流速度が大きいと言えるのではないかと，レイノルズ数と書いたのは，そのように考えた結果でした．

もしかして，もっと簡単に，分子運動がぐちゃぐちゃだから分布が広がる，というような発想でいいんでしょうか．

なんとなく さんのレス (2006/11/28(Tue) 11:07)

>Johさん そこですよね．レイノルズ数は勿論関係するでしょうが，解答に「レイノルズ数が大きいから」では，多分，点がないですよね．なにも説明していませんから． そういう意味でレイノルズ数だけでは駄目でしょう，というわけです． 主流がJohさんの言われるように乱流で大きいことが言えればいいわけですから，そこをどう説明するか，が問題点だと思います．

Joh さんのレス (2006/11/28(Tue) 11:35)

そこです．乱流とは何かを説明し，なぜレイノルズ数が大きくなるのかを説明しないと駄目なんですよねぇ．（しかし，本当なら流れの安定性は境界条件に大きく依存するでしょうね．）だいたい，私は乱流境界層について，何もきちんと分かっていないことを自覚しました．

なんとなく さんのレス (2006/11/28(Tue) 13:21)

ちょっとJohさんの質問で混乱していましたが，元々の質問，層流（乱流）境界層とは物体表面による流れへの影響範囲を考える層ですから，主流のことは別のことですね． そのような境界層で起こることは，他の条件は同じと考え，速度のみを上げていくと，レイノルズ数は大きくなり，やがて乱流に遷移するわけですが，このとき，速度そのものより速度勾配が大きくなる理由が何かです．これは層流が粘性によるせん断力で運動量の減少（一種の摩擦）をともなうことにより速度勾配を生じるのに加え，乱流ではJohさんが「乱れのため」，と言われたまさにその乱流せん断力効果が上乗せされ，さらに速度勾配を大きくすることになるようです． スレ主をほっといてしまいましたが，キキさん，疑問や反論があればどしどし言ってくださいね． よく間違えますから（>オレ）(^^;)．

トンガリ さんのレス (2006/11/28(Tue) 13:32)

定性的には，乱流の３次元動的構造の理解が必要か知らん． 円管内の乱流の壁面付近の流れはタバコの煙の環や空気砲の煙の環の様に， ドーナツ型の渦が生じて，それが流れて行くような気がする．

トンガリ さんのレス (2006/11/28(Tue) 14:12)

そんな縦渦を予測する理由は，

層流のやせ形の速度分布を微分した剪断分布は屋島形 乱流の太った形の速度分布を微分した剪断分布は鹿島槍形 鹿島槍の双耳の峰は目立つので，渦などの特別な事があるかも・・・

キキ さんのレス (2006/11/29(Wed) 19:32)

皆さんありがとうございました．文では答えにくいのに丁寧に教えていただいて感謝してます．うんうん，理解できました．