空気力学直径計算機

空気力学的直径を計算するための電卓ツールは、流体力学、とりわけエアロゾル科学、環境工学において粒子の挙動を理解するために不可欠です。

歴史的背景

空気力学的直径という概念は20世紀初頭にはじまり、流体力学やエアロゾル科学の発展と共に進化を遂げました。気体や液体のなかで粒子がどのように移動するのかを理解することは重要で、科学や工業の様々な分野に応用できます。

計算公式

空気力学的直径は以下の公式から算出します。

\[ \text{空気力学的直径} = \sqrt{\frac{18 \times \text{空気の粘度} \times \text{ストークス数}}{\text{粒子の密度} \times \text{流速}}} \]

それぞれの用語の意味は、

• ストークス数: 流体のなかで粒子に作用する流体力の大きさを示す無次元数です。
• 空気の粘度 (μPa·s): 空気が移動したりせん断したりする際の抵抗の尺度です。
• 粒子の密度 (kg/m³): 流体のなかの粒子の密度です。
• 流速 (m/s): 流体の移動速度です。

計算例

ストークス数 0.2、空気の粘度 18.1 μPa·s、粒子の密度 1200 kg/m³、流速 2.5 m/s の場合は、公式を使って以下のようになります。

\[ \text{空気力学的直径} = \sqrt{\frac{18 \times 18.1 \times 0.2}{1200 \times 2.5}} \approx 0.049 \text{ μm} \]

重要性と使用例

空気力学的直径は、以下の場面で重要です。

1. 環境科学: 大気中のエアロゾルや汚染物質の挙動を理解する。
2. 産業分野: 効率的なフィルターシステムの設計。
3. 健康と安全性: 様々な粒子による呼吸器への影響の評価。
4. 航空宇宙分野、自動車: 微粒子の空気力学的特性の研究。

よく寄せられる質問

1. 空気力学的直径はエアロゾル科学でなぜ重要なのでしょうか？

   • ガス中で粒子がどう振舞うのかを判断し、汚染物質の分散から肺への薬物の投与まで影響するからです。

2. この電卓は液体にも使えますか？

   • ほとんどは気体に使用されていますが、この概念を液体に適応して計算式のパラメーターを適切に変更することもできます。

3. 空気力学的直径と物理的直径は同じですか？

   • いいえ、空気力学的直径は粒子が空気力学的にどのように振舞うかを測定するもので、粒子の物理的なサイズとは異なる場合があります。