2008/6/29初版、2009/2/18修正03
| 分子流と粘性流・・・言葉だけは聞いたことが有る方も多いかもしれません。 そしてその関係式も多くの本によって解説されていますが、その分子の持つ 「動き」に言及した文献は見当たらないので、あえてＣＧで挑戦してみました。 |
| この記事の「分子運動のＣＧ図」に関しては、 【「分子運動ＣＧ図」に関してのお願い。】を、必ずご覧下さい。 |
図１
| 「分子流」とは簡単に説明すると、「分子衝突が発生しないほど希薄な分子密度での分子の流れ」と言うことですが・・・・・・ |
| 「流体力学」と言う題目の書物には「分子流」の解説として、管内の流れは左図のように書いてあります。 ところがこれは少し考えてみると、この分子の 動きはおかしいことに気付きます。 |
図２
| これは図１を気体分子の動きとして見たＣＧですが、管内の内壁に気体分子が衝突して方向が 変化しても、おおむね図１の矢印による表現では分子が右から左へ移動して行くことになります。 |
図３
| しかし内壁は分子レベルで見ると、温度を持っている限り壁分子が振動しているので、壁に衝突 した分子の跳ね返る方向は「どちらに進むか判らない」状態になります。 |
| 分子レベルでこの状態なのに、配管の内壁は、現代の最高加工技術のマイクロメーター単位 （千分の一ミリ）で加工しても「山あり谷あり」の 状態なので（分子の大きさの千倍単位の起伏がある）、内壁に衝突した分子は図２のような 「進行方向」に対し「小さい偏向角」の反発は 確率的に「ほとんど有り得ない」と言えます。 |
図４
| つまり、内壁に衝突する限り気体分子はランダムな動きになり、特に経路が湾曲したり障害物があるような場合は益々「拡散」されるので、 一方向へ「流れて」ゆくことはありえないと考えられます。もし一方向に｢排気」されるとすれば、 それは「確率的」にそちらの方向に進んでいた 気体分子だけが「排気｣できることになります。 |
| 注：図の分子、管径、壁の起伏等の大きさの 比例関係は無視し､イメージとして見て下さい。 |
図５
| 分子流とはこのような流れになることを意味しますが、この状態は通過流路が湾曲してゆくと 最終的に壁に衝突して分子が拡散し図４のようになってしまい、「流れ」ではなくなってしまいますが、一時期この様な流れになったり、人工的には「サイクロトロン」や「ブラウン管の電子照射」などの「磁気による制御」ででも方向をそろえ無い限り現実にはありえないことなのです。 |
図６
| つまり「分子流」とはきわめて「特殊」な場合のみで、分子の個数が極端に少なく「分子衝突」が 発生しない状況は、多数の分子が一方向に流れる「動圧」が無いので、内壁に衝突して逆流する分子を「押し切って」、同一方向に流れることは無いのです。 |
| （図は｢粘性流｣の概念ＣＧとして見てください。） |
| 以上の事柄により通常の場合では、管内の気体分子の流れは、内壁に衝突して進行方向と逆にはねた分子の「個数」と「速度」に逆らって全体が移動できる「動圧」を持った「流れ」となり、分子単体の動きを「流れ」とは呼べず、 |
| 気体分子が「同一方向」に移動する「流れ」は「粘性流」しかないのです。 |
| 粘性流については【気体分子運動】書庫のリストの中から【粘性流】を選択してお読み下さい。 (一覧に無い場合は右上の［次のページ] でページを切り替えてみてください) |
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| この記事は以前に投稿した【 気体分子運動 】書庫の中の記事を、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。 |
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