層流と乱流についての見解

質問

空気を直径1mmの管に流したら、流速が5m/sと結構早くても層流になります。
でも水の場合は確か乱流になったような・・・
層流、乱流はレイノルズ数で分かりますよね。
（管径×流速×密度）／粘度＝Reですけど、そもそもレイノルズ数とは慣性／粘性ですよね？
となると空気の場合は管径が大きくなると乱流になる・・・つまり慣性力が大きくなるでいいのでしょうか？
そもそもなぜ管径が小さくなると層流になるのか？
うまく解釈できません。
動粘度という値を使えば何か分かりそうなんですが、動粘度ってどういう定義なのか分かりません。
この分野の専門の方に見解を頂きたいのですが・・

考えてみると、空気は粘性が低いから流速が早くても層流？水は？粘性が高いから・・・あれ？逆ですね・・水の場合は管径が小さいと余計層流になる？
考え方自体が間違っているような気がします。
助けてください。

回答No.3

noname#256808 · ベストアンサー

>動粘度が大きいと粘性力も大きいことになるのですか？

動粘度が大きいことと、粘性力が大きいことは、等価と考えて差し支えないかと思います。

>ということは空気は3mmの円管を5m/sで流れても層流ということは、慣性力が質量が小さいため低い上、動粘度が高いということになるのでしょうか？
>動粘度の比較ができればなんとかなりそうですね。

おっしゃるとおりRe数でいくと、
慣性力が同じであれば粘度の違いで層流か乱流かが決まりますね。

水の方が粘度が高いです。（μが大→νが大）
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%B2%98%E6%80%A7
が、もちろん空気の方が密度は低いです（ρが小→νが大）
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%AF%86%E5%BA%A6
この二つの兼ね合いにより動粘度が決まってきます。
（これらの値は温度にも依存します）

お礼

ありがとうございます！
URLは大変助かります！

回答No.2

noname#256808

基本的に空気だろうが水だろうが下の私が書いたレイノルズ数で評価されますが、あまりに管の径が細いと（あなたがおっしゃるように直径1mmなど）毛細管現象が関わってきますので、注意が必要です。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%AF%9B%E7%B4%B0%E7%AE%A1%E7%8F%BE%E8%B1%A1

お礼

ありがとうございます。
ということは空気は3mmの円管を5m/sで流れても層流ということは、慣性力が質量が小さいため低い上、動粘度が高いということになるのでしょうか？
動粘度の比較ができればなんとかなりそうですね。

回答No.1

noname#256808

おっしゃるとおりレイノルズ数とは慣性力と粘性力の比です。

慣性力というのは慣性による力で
慣性力＝代表長さ（直径）（d）×代表速度（v)
で表されます。
これは、直径が大きくても速度が小さいと慣性力が小さく、
速度が大きくても直径が小さいと質量が小さいですから、慣性力が小さいということになります。
（質量の小さいボールよりも大きいボールの方が動かしにくい、動いていたら止めにくい、ということからわかると思います）

粘性力というのは粘性による力で
粘性力の大きさを動粘度で評価し
動粘度（ν）＝粘度（μ）÷密度（ρ）
で定義されます。

よって、レイノルズ数Re=dv/ν
となります。
この説明でわかりますでしょうか？

お礼

御礼が遅くなり申し訳ございません。
なるほど、直径が小さいということは質量が小さくなるために慣性力は小さくなるのですね。
しかし、動粘度は粘性力の大きさですから、動粘度が大きいと粘性力も大きいことになるのですか？