ベルヌーイ方程式

ベルヌーイ方程式は、流れる流体に適したエネルギー保存の法則のステートメントと見なすことができます。通常「ベルヌーイ効果」という用語でラベル付けされている定性的な動作は、流速が増加する領域での流体圧力の低下です。流路のくびれでのこの圧力の低下は直感に反しているように見えるかもしれませんが、圧力をエネルギー密度と見なすとそれほど直感的ではないように見えます。くびれを通る高速の流れでは、圧力エネルギーを犠牲にして運動エネルギーを増加させる必要があります。

定常状態の流れの警告:ベルヌーイの方程式は、エネルギー保存の法則や圧力、運動エネルギー、位置エネルギー、上記の形式でのその適用は、定常流の場合に限定されます。管を通る流れの場合、そのような流れは層流として視覚化できますが、これは依然として理想化ですが、流れが層流に適切に近似している場合は、流体の任意の点での流れの運動エネルギーをモデル化して計算できます。方程式の単位体積あたりの運動エネルギーは、ベルヌーイ方程式を適用するために厳密な制約を必要とするものです。基本的には、流体のすべての運動エネルギーが流体の順方向流動プロセスに直接寄与しているという仮定です。これは、乱流または無秩序な流体運動の存在が、チューブを通る流体の前進に寄与していない運動エネルギーを伴うことを明らかにするはずです。

エネルギー保存は常に適用されますが、そのエネルギーを解析するこの形式は、一時的な条件下でそのエネルギーがどのように分配されるかを確かに説明していません。ベルヌーイ効果の優れた視覚化は、くびれを通る流れですが、そのきれいな画像は、最初に流れをオンにしたときの流体を説明していません。

上記のベルヌーイ方程式の記述に含まれるもう1つの近似は、流体摩擦による損失を無視することです。パイプを通る理想的な層流は、ポアズイユの法則によってモデル化できます。これには、パイプに沿って進むにつれて圧力が低下する粘性損失が含まれます。上記のベルヌーイ方程式のステートメントは、圧力が半径が元の値に戻るため、くびれを過ぎて値P1に戻ります。これは、無秩序な分子運動への摩擦によってアクティブフロープロセスからエネルギーが失われるためではありません(熱エネルギー)。ベルヌーイの方程式をポアズイユの法則と組み合わせることによって行われます。プロセスの視覚化に役立つ可能性のある実際の例は、収縮したチューブを通る流れの圧力監視です。

ベルヌーイ計算

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