熱流体力学 / 2級 · 3つのテーマを一続きに

熱流体2級の基礎｜レイノルズ数・ベルヌーイ・フーリエの法則を図解

流れの性質を比べる、圧力と速度を結ぶ、温度差から熱を求める。代表的な用語と公式を、単位・具体例・適用条件から解説します。

制作：safa · 更新：2026年10月25日

読み終わったときに分かること

何を比べ、何を保存し、何が流れるかを、計算の前に説明できる。

STEP 1

レイノルズ数：流れを比べる共通の物差し

同じ速度でも、水と空気、小さい模型と実物で流れ方は同じでしょうか。速度だけでは比較できないので、長さと粘性も含む比を使います。

Reは慣性と粘性の相対的な影響を表す無次元数です。代表長さや代表速度は、調べる流れに合わせて選びます。

Re＝UL/ν

U＝20m/s、L＝5m、ν＝10⁻⁵m²/sならRe＝10⁷。長さを半分にし、同じ流体でReを保つなら、速度を2倍にします。

STEP 2

空気が断面の広がる流路へ入り、同じ高さのまま減速する場面です。速度に対応するエネルギーの一部が、圧力として現れます。

定常・非圧縮・非粘性で軸仕事がない場合、同じ流線上では静圧・動圧・高さの項の和が一定です。ここでは同じ高さなので高さの項を省きます。

p₂−p₁＝ρ(U₁²−U₂²)/2

密度1.2kg/m³、速度6m/sから2m/sへの減速なら、圧力上昇は0.5×1.2×(36−4)＝19.2Paです。

STEP 3

熱い側と冷たい側を隔てる平板を考えます。温度差が同じでも、板が厚いほど温度変化は緩やかになり、熱が流れにくくなります。

熱流束qは1m²当たりに毎秒流れる熱［W/m²］です。熱伝導率λと温度勾配を使います。負号は高温側から低温側へ流れる向きを表します。

q＝−λ dT/dx、熱流量＝qA、一定の熱流量×時間＝熱量

図の板は30℃と10℃、厚さ8mmです。熱伝導率65W/(m·K)、面積1m²とすると、8mm＝0.008mなので、熱流束の大きさは65×20÷0.008＝162,500W/m²。1時間＝3,600秒で流れる熱量は162,500×1×3,600＝5.85×10⁸Jです。

次の3点を説明できれば、式の見方を整理できています。

分からない点が残ったら、上の図・途中手順・適用条件へ戻ってみてください。

本記事はsafaによる独立した解説です。日本機械学会による監修・公認を示すものではありません。アプリの用語・図を土台に、式の読み方と計算例をWeb向けに構成しています。