物理学

流量(流体力学)

流量(流体力学)
流体力学における流量の定義、体積流量と質量流量の区別、および測定方法について解説します。

📌 主なポイント

  • 流量は単位時間あたりに移動する流体の量(体積または質量)である。
  • 体積流量は断面積と流速の積(Q=Av)で表される。
  • 気体の流量測定では、圧力や温度による密度の変化を考慮する必要がある。

流量(りゅうりょう、英: flow rate)とは、流体(液体や気体)が特定の断面を単位時間あたりに通過する量を指す物理量である。流体力学や水理学において、流れの状態を把握するための基本的な指標として用いられる。

分類

流量は、通過する流体の量をどのように定義するかによって大きく2つに分類される。

体積流量

体積流量(volume flow rate)は、単位時間あたりに通過する流体の体積を表す。一般的に「流量」と呼ぶ場合はこの体積流量を指すことが多い。国際単位系(SI)では立方メートル毎秒(m³/s)が用いられる。断面積をA流速vとすると、流量QQ = Avという関係式で表される。

質量流量

質量流量(mass flow rate)は、単位時間あたりに通過する流体の質量を表す。SI単位はキログラム毎秒(kg/s)である。気体のように圧力や温度によって密度が大きく変化する流体を扱う場合、体積流量よりも質量流量を用いる方が物理的な状態を正確に記述できる。

流量係数

流体力学的な解析において、理論値と実際の流量との差異を補正するために流量係数(coefficient of discharge)が用いられる。これは無次元数として定義され、流れの幾何学的形状やレイノルズ数などの影響を考慮する際に重要となる。ターボ機械の分野では、代表長さとして直径D、代表速度として回転数nを用いた定義式が用いられる。

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よくある質問

体積流量と質量流量の違いは何ですか?
体積流量は通過する流体の体積(m³/sなど)を、質量流量は流体の質量(kg/sなど)を単位時間あたりで測定したものです。
流量係数とは何ですか?
流体の流れを理論的に解析する際、実験値との補正や無次元化のために用いられる係数です。
河川の流量はどのように測定されますか?
一般的には流速計を用いて断面の流速を測定し、断面積と乗じることで算出します。水位が高い場合は浮子(うき)を用いた測定法がとられることもあります。

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参考文献

ターボ機械協会 編『ターボ機械 -入門編-』(新改訂)日本工業出版、77頁。ISBN 978-4-8190-1711-4。