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: 管内の流体のレイノルズ数が低く、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では、乱流が発生しやすくなりますか。
回答: いいえ、管内の流体のレイノルズ数が低く、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では、乱流は発生しやすくなりません。