煙突効果について教えてください。

質問

素人考えで申し訳ありません。
ものを燃やして熱くなった煙が煙突に入ると内部の圧力が低くなることはボイルなんとかの法則で納得できました。
ただ、煙突内部の圧力が低いのなら、どうして下からばっかり空気が入って上からは入らないのですか？上昇気流による勢いだけなのでしょうか。煙突を高くするとこの負圧がつよまる？ことのしくみもあわせてお聞かせ願えますか。よろしくお願いします。

回答No.3

joshua01 · ベストアンサー

こんにちは。
次のような回答ではいかがでしょう。

ご質問を少々変形すると、「熱気球やヘリウム入り風船は上からの圧力も下からの圧力も受けている。なのになぜ浮力（下から上への力）として見えるのか」と同等になります。これは＃１さんの回答にもあるとおり、ずばり、高さによる空気圧の差です。

風船の下の端と上の端では高さがわずか20cmしか違いませんが、重力により引き寄せられている空気の圧力は明確に異なり、風船の下端で発生している圧力（上下左右どの方向にも働くが、風船の下面では上向きだけ働く）に比べて、上端で働いている圧力（これも上下左右どの方向にも働いているが、風船上面では下向き）は少々小さく、その差の分が「浮力」になります。
（一般に、浮力とは、空気に取り囲まれた（水に沈めた）物体の体積に相当する空気（水）の重さに等しいと言われているのはご存じでしょうか。まさにこれが「重さの分の圧力の差」に相当します。特に水は空気より大変重いため、上下での圧力差も大きく、浮力も大きくなります）

　このような物体の移動（上昇）が起きると、その空間の分の空気が回りから流れ込んで来ます。もちろん、たき火のような裸火でもこの流れが発生しますが、裸火では上昇する空気が回りの冷たい空気と混ざって拡散しやすく、また、流れ込む空気の位置も一定しません。

その点、煙突では熱気が拡散しにくく、また冷えにくく、いわば、ひょろ長く大きな風船が上昇しているのと同等で大きな浮力があるほか、その風船（熱気のかたまり）がシリンダーの中のピストンのようにはたらき、空気を吸い上げる働きを煙突の下端に集中する点でも、ただの上昇気流以上に吸い込み気流をもたらす効果が得られます。
（煙突が高いほど吸い出し力が強いのは、いわば、より大きな風船によるより大きな浮力・・・と考えていただくのが良いかと。）

もちろん、他の方の回答にもあるとおり、連続して上昇することでの慣性力や加速、横風による吸い出し効果や上下の圧力差も無視はしにくいでしょうが、とりあえず、ご質問のポイントで回答してみました。

お役に立てば幸いです。

お礼

すばらしいご回答をどうもありがとうございました。おかげさまで非常によく、直観的に理解することができました。

回答No.2

noname#107878

「下からばっかり空気が入って上からは入らない」のは、お書きのように、空気や煙がある程度高温になっているために強い上昇気流となるからです。
　煙突を高くすると、中の空気や煙はやがて温度が下がりますが、それでもなお、次々と突き上げるように作用する下からの上昇気流に押し上げられること。また、長い煙突の内部では、空気や煙は一種の整流に近いものとなり、その効果も加味されます。さらに、高い煙突では風によって中の空気や煙が吸い出される効果も期待できます(ベルヌイの定理だったかな、ここはちょっと不確かですが)。

お礼

詳細なご回答をどうもありがとうございました。

回答No.1

fba

煙突の根元が海抜0mにあるとすると1気圧、煙突の先端では高さの分だけ気圧が低くなっています。仮に2000mもあれば0.8気圧くらいになりますが、この差が煙を送り出す原動力になります。

　例え数mの差でもバカにならない力になる筈です。

お礼

さっそくのご回答をどうもありがとうございました。