流体の2次流れについて

質問

水力学についてわかる人は教えて欲しいのですが、
管(円管)が曲がっている時に2次流れが出来るのですが、
その2次流れについて詳しく知りたいんですが・・・。

わかっていることは、管が曲がった時に遠心力(向心力)の
力によって管の外側の圧力と内側の圧力に差がでて、
それによって主流とは違う2つ目の流れが出来る。
と書いてあるのですが。(教科書に)
どうもよく意味がわかりません。
教科書の図をみると、綺麗に線対称に渦のようなもの(おそらく渦ではないと思いますが。)が出来ているのです。

かなり真剣に考えたのですがわかりません。
2次流れについて少しでも知ってるなら教えてください。

よろしくお願いします。

回答No.1

take_four

通常２次流れというのは外的な要員によって起こるもので、
流れが管を曲がるときに生じる剥離渦とは別のものを指すと
思いますが、教科書によっては表現が異なる場合もあります
ので、何とも言えません。
私の理解している２次流れというのは、２次渦とも呼ばれ、
管が真っ直ぐのものでも起こりえます。これは管の微妙な
非対称形状（現実に完全対称というものはまず存在しないため）
や、場合によってはコリオリ力などの外的な要因により、
流れの主流方向と垂直な面で渦が観測されるというものです。
非対称性により不安定となった流れは、主流と垂直面においても
安定な流れを形勢しようとします。これが２次流れです…が、
ご質問中の教科書の記述が剥離渦でなければ、円管であること
により２次渦が生じるのでしょう。イメージ的には、
管の曲がりによって流体が外側に押しやられるとき、または元の流れに戻ろう
とするとき、円周にそって回転力が生じ、線対称な渦が生じる、といった
ところでしょうか。
流体ではなくパチンコ玉みたいなものを想像すると理解しやすいかと
思いますが、管を流れる玉は管を曲がるとき、円形の最も外側に移動します。
これは慣性力と円という特殊な形状を考えると玉の流れが想像できます。
そのとき、パチンコ玉の軌道によっては、勢い良く飛び出す場合や、円形に
沿って回りながら曲がっていく玉があると考えられますが、それが渦を起こす
のだと思います。