移動現象論
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歴史
移動現象を表す方程式
拡散現象を表す方程式
無次元数による比較
アナロジー
- 運動量移動について、移動方向に流れがある場合の運動量流束τf は抵抗係数f を用いてτf = -fρvx2/2 で表すことができる。これと流れがない場合の流束との比は次式のように抵抗係数とレイノルズ数で表される。
- 熱移動について、流れがある場合の熱流束qf は熱伝達率h を用いてqf = -hΔT であるから、流れがない場合の熱流束との比はヌセルト数Nu またはスタントン数St で表される。
- 物質移動についても同様にして、流れがある場合とない場合の質量流束の比はシャーウッド数Sh で表される。
上記における運動量流束の比と熱流束の比は同じ流れでは等しいとすることで各種の相関式が提案されている。[4]熱流束を質量流束に置き換えて作った相関式も成り立つ。
- レイノルズのアナロジー(en:Reynolds analogy)
- レイノルズは、さらにヌセルト数がプラントル数にも比例すると考え次式を導いた。この式はプラントル数が1の場合、実験的に成り立つ。
- または
- プラントル・テイラーのアナロジー
- レイノルズのアナロジーに対してプラントル数が1から外れた場合に、粘性底層を考慮してプラントルが提案した。粘性底層を実際より厚く見積もるため熱伝達は過小評価されている[5]。
- 平板に沿った流れについて
- 管内流について
- ここでT は温度、u は流速、添え字のwは壁面、mは平均値、cは管軸上を表す。
- カルマンのアナロジー
- プラントル・テイラーのアナロジーからさらに、粘性底層と乱流層の間の遷移層を考慮したアナロジー式。Pr = 0.5~10で実験値とよく一致する。ベルタら、マルチネリによって拡張され、カルマン・ベルタ・マルチネリのアナロジーとも呼ばれる[5]。
- コルバーンのアナロジー
- 等温円管内の発達した乱流熱伝達の実験結果に基づいた経験式[6]。jH はコルバーンのJ因子と呼ばれる。平板の乱流熱伝達についても成り立つ。
- マルチネリのアナロジー
- 低プラントル数Pr = 0.004~0.06 の液体金属について、熱流束一様の円管で用いられる[7]。
- リョンの式
- マルチネリのアナロジーは数式が複雑なため提案された簡便な式[7]。
- Subbotinの式
- リョンの式と同様、マルチネリのアナロジーの簡便化された式だが、清浄な液体金属の実験値によく合うと言われる[7]。
- チルトン・コルバーンのアナロジー(en:Chilton and Colburn J-factor analogy)
- 熱移動と物質移動のアナロジーを表す相関式[8]。hは熱伝達率、kは物質移動係数、Scはシュミット数。たとえば空気-水蒸気系ではであるためルイスの関係が成り立つ。