質問: 1次元流れ,2次元流れ,3次元流れ(流体力学) 流体力学では、まず1次元流れを習い,2次元流れ,3次元流と順を踏んでいくと思います。これまでに,あまり意識せず問題を解いてきたのですが,今となって少し気になったので質問させていただきます。 自分の頭が固いためか1次元流れ,2次元流れ,3次元流れをイメージすることができません。特に1次元流れです。1次元流れと聞くと, 流れが一直線のように思えるのですが,曲線もありえますよね。 それぞれの特徴を教えていただけると光栄です。 よろしくお願いします。
回答: この世界の問題を考える限り、すべて3次元です。流体力学も一般論は3次元です。 しかし、次元が少ないほど取り扱いが簡単で、状況を把握しやすいのも事実です。したがって、1次元近似、2次元近似という近似手法が発達し、実用化されています。これらが1次元流れ,2次元流れと呼ばれるものです。 たとえば円管の中の流れを考えるとき、軸方向の流れが支配的であり、それを把握しておけば周方向、半径方向の流れは無視しても大局的には問題ない場合が多いと思います。これが一次元流の例です。厳密には軸方向の流速分布vz(r,θ)を各断面で積分して流量を求め、これを断面積で割って平均流速を用いて流動を記述します。 また、流れの主方向がz方向で、x方向には十分広がっており、均一と取り扱うことができる時、yz面内における流速分布が主要な問題になります。これが2次元流です。