管内の流体が層流を維持するためには、いくつかの条件が必要です。 
 
 [a]流体のレイノルズ数が低いこと
 水飴のような高粘性の流体は、比較的ゆっくりと流れ、層流を維持しやすくなります。水や空気のような低粘性の流体であっても、流速を抑えれば層流を維持することは可能ですが、条件が厳しくなります。流速が高くなると、慣性力が支配的となり、流れは不安定になって乱流へと移行します。レイノルズ数でみると、おおむね2300未満であれば層流を維持できます。
 
 [b]流れへの外乱がないこと
 流体が管を通る際に入口で乱れが生じたり、配管内に滑らかでない部分があったり、管外から何らかの力が加わったりすると、流れは簡単に不安定になります。そのような外乱によって局所的に乱流が発生し、層流が維持できなくなる可能性があります。強い外乱があればただちに乱流が発生します。
 
 [c]流路の形状が適したものであること
 層流を維持するための望ましい流路の形状とは、管内が滑らかで直線的になっているものです。ここに急激な曲がりや断面の変化があると、その部分で流れが乱れて乱流が発生してしまいます。流れを整えるためには、管内はできるだけ均一な断面形状を維持し、滑らかな曲線を用いたものであることが求められます。
 
 これらの条件がすべて満たされるならば、流体は管内で安定した層流を維持し、スムーズに流れ続けることができます。しかし、どれか1つでも欠けると流れは乱れやすくなる、すなわち乱流が発生しやすくなります。特にレイノルズ数が高くなると、外乱や流路の影響がわずかでも、それが増幅されて乱流へと移行しやすくなります。さらに、すべての条件が満たされない場合、すなわちレイノルズ数が高く、強い外乱があり、急激な曲がりや断面の変化などがある場合には、流れは完全に乱流となってしまいます。層流を維持するためには、単に流速を抑えるだけでなく、流れを乱す要因を排除し、流体がスムーズに流れる環境を整える必要があります。

カテゴリ: 物理
質問: 流れへの外乱がなく、急激な曲がりや断面の変化がない流路の形状にて管内の流体のレイノルズ数が高い場合は、乱流が発生しやすくなりますか。
回答: はい、流れへの外乱がなく、急激な曲がりや断面の変化がない流路の形状にて管内の流体のレイノルズ数が高い場合は、乱流が発生しやすくなります。