この記事は旧投稿記事なので修正、加筆した最新投稿 【07-動圧加速する条件-3 通過流路】をご覧下さい。m<(_ _)>m |
水蒸気分子が渦を巻いて加速してゆく |
そのためにはどういう条件が必要なのでしょうか? ここでは、それを「分子の流れ」で見てみたいと思います。 |
(このCG見るときの注意は【分子運動CGの限界】を、ご覧下さい。) |
図1

分子を回転流にすることで、徐々に加速できる 理由は前回【07-動圧加速する条件-2 回転流】で、書きました。 |
簡単にまとめると、 回転流にして、回転円周の直径を大きくしてゆくと、分子の速度が左図の黄色線の点滅の例のように連続的に増速してゆきます。 (図は、下から見て右回転で見てください。) |
図2

これを分子運動の流れで見てみると左の図の様になります。 |
分子が移動する様子は 【04-水蒸気の性質-5 分子の流れ】を、参考にしてください。 |
図3

図2では、つかみ所が無いので(笑) 任意のエリアを決め赤球で表した「特定エリア」動きが図3になります。(図1の赤球は流れを 概念的に掴むだけの簡易表現です。) |
特定エリア(赤球)の定義 ここでは、理解を助けるために「特定エリア」の 動きを追って流れを解説してゆくわけですが、 「特定エリア」は、大きさは違ってもそこに含ま れる分子の数と動圧(速度)の積は一定です。 |
図4


この赤球の通り過ぎた後を連続的に「軌道」として現したものが図4になります。 この軌道は単に渦を巻いて回転しているのではなく、上方に行くに従って細くなっているのが解ると思います。 |
図5

図6


図5は、入口と出口で特定エリアの移動の様子を拡大した図ですが、特定エリアの赤球の移動距離(速度)と大きさが違う事が解ります。 これは、連続した容積内を気体が流れる条件 1.静圧を一定にする。 (ベンチュリ管の様に急激な速度変化では 無いのと、後日解説の「仮想流」によります)2.気体の通過流量は一定である。 を、満足させるため、速度の遅い入口側では 特定エリアは大きく、速度の速い出口側は小さくなります。 |
図6

もし同径の軌道のままだと、出口に近づくほど 速度が速くなるので特定エリアの体積が同じだと分子密度が下がり、静圧が低くなるために入口側と出口側の静圧バランスが崩れ、その静圧の圧力差を埋めようとする分子が毎秒約400mの速度で乱入する「誘起速度」が発生し、それが原因となり「乱流」が発生します。 |
(その乱流発生の様子のCGは、どの位置で 発生するか?、どんな流れになるのか?まったく解らないので作りようがありません。(^_^;)) |
つまり、この軌道内を流れる分子の持つ運動エネルギーは常に一定であると言うことです。 |
注:この「通過流路(軌道)内の静圧を一定にする」という条件は、後日解説する「仮想流」 と言う概念によって、ベルヌーイの定理「流速が上がれば静圧が下がる」と言うことと 矛盾しないことを説明したいと思います。 |
以上のことから、分子を回転流にして動圧を与えて加速してゆくには、 |
図6のように、徐々に回転径を大きくしながら 通過流路(軌道)も狭くなってゆく状態が必要なのです。 |
次回は、この軌道内を流れる分子の動きの特徴を、「コリオリの力」で解析します。 |
この記事のCGはできましたらブラウザをFirefox(ファイヤーフォックス)でご覧下さい。 IE(インターネットエクスプローラー)は表示が遅くイメージをお伝えできない場合があります。 |
この記事を最初から読むには【水エアコン解説】書庫を、番号順にお読み下さい。 分子運動をCGで表現する基本概念は【分子運動CGの限界】を、ご覧下さい。 |
この記事は以前に投稿した【水エアコン解説】の中の記事を、順次内容を修正、加筆 して「仕上げ」ながら再投稿しています。 前回分のこの記事には暖かい励ましやご意見のコメントを頂きありがとうございました。 |
なお、画面左上のメニュー欄で、 このブログのコンセプトは・・・・・・・・・・・・・・・【水エアコン??】書庫に、 最新の投稿記事は・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・【今が旬(^o^)】書庫に、 水エアコンの開発の過程は・・・・・・・・・・・・・【水エアコン開発】書庫に、 このブログ全体の構成を知りたい場合は・・・・【ご案内____】書庫 をご覧下さい。 以上、宜しくお願いします。 |