物理学

流量の物理的定義と計測手法

流量の物理的定義と計測手法
流体(液体・気体)が単位時間あたりに移動する量を表す物理量「流量」について、体積流量と質量流量の定義、および河川や工業分野における計測手法を解説します。

📌 主なポイント

  • ✓流量は単位時間あたりに移動する流体の体積または質量を表す物理量である。
  • ✓体積流量は流体の断面積と流速の積(Q = Av)で算出される。
  • ✓気体の流量測定では、圧力や温度の変化を考慮した標準状態への換算が不可欠である。
  • ✓流量係数は流体力学的な解析や機械設計における補正係数として用いられる。

流量(りゅうりょう、英: flow rate)とは、流体(液体や気体)が移動する量を表す物理量である。一般的には、単位時間あたりに通過する流体の体積または質量として定義される。

流量の分類

流体の量として体積を基準とする場合を体積流量(volume flow rate)と呼ぶ。国際単位系(SI)では立方メートル毎秒(m³/s)が用いられる。流体の断面積をA、流速をvとすると、体積流量QはQ = Avという関係式で表される。

一方、流体の量として質量を基準とする場合を質量流量(mass flow rate)と呼び、SI単位ではキログラム毎秒(kg/s)を用いる。気体の流量を扱う際は、圧力や温度によって密度が変化するため、標準状態への換算が必要となる。

流量係数

流体力学において、流れの理論的な解析や実験値との補正に用いられる無次元量を流量係数(coefficient of discharge)と呼ぶ。ターボ機械などの回転機械においては、代表長さとして直径D、代表速さとして回転速度nを用いた無次元数として定義される。sup id=

よくある質問

体積流量と質量流量の違いは何ですか?
体積流量は流体の「体積」が単位時間あたりに通過する量(m³/sなど)を指し、質量流量は流体の「質量」が単位時間あたりに通過する量(kg/sなど)を指します。
流量係数とは何ですか?
流体力学において、理論値と実験値の乖離を補正するためや、流れを無次元化して解析する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?
流速計を用いた流速測定や、水位と横断測量データを用いた断面積の算出により求められます。流速計が使えない場合は、浮子(うき)を用いた浮子法が用い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。