フルード数計算機

フロウド数は、流体力学で使用される無次元数であり、慣性力を重力と比較するために使用されます。ウィリアム・フロウドにちなんで名付けられたこのコンセプトは、水波、船体設計、および水路や開放水路における流体の流れの研究に特に役立ちます。

歴史的背景

フロウド数（Fr）は、19 世紀にイギリスのエンジニア、ウィリアム・フロウドによって導入されました。船舶設計におけるフロウドの取り組みと、船舶が水の中を航行中に遭遇する抵抗に関する彼の研究が、フロウド数の開発につながりました。この無次元数は、管理された環境下で実際の船舶の物理的ダイナミクスをシミュレートするのに不可欠です。

計算式

フロウド数は次のように計算されます。

\[ Fr = \frac{V}{\sqrt{g \cdot hm}} \]

ここで、

• \(V\) は毎秒メートル（m/s）の流速
• \(g\) は毎秒 2 乗メートル（m/s\(^2\))の重力加速度
• \(hm\) はメートル（m）の流体の平均深度

計算例

次の値があるとします。

• 流速（V）= 5 m/s
• 重力加速度（g）= 9.81 m/s\(^2\)
• 平均深度（hm）= 2 m

これらの値を式に代入すると、次のようになります。

\[ Fr = \frac{5}{\sqrt{9.81 \cdot 2}} \approx 1.13 \]

したがって、これらの条件でのフロウド数は約 1.13 になります。

重要性と使用シナリオ

フロウド数は、次のようないくつかの分野で重要です。

• 船舶設計: 船体波抵抗を予測するため
• 水理工学: 安定した流れ条件を確保するために、運河、水路、橋を設計するため
• 環境調査: 水域における汚染物質の分散をモデル化するため

一般的な FAQ

1. フロウド数が 1 より大きいことを示すのはどういうことですか？

   • フロウド数が 1 より大きいことは、流速が波の速度より速く、通常は高速で浅い流れを示す超臨界流を示します。

2. フロウド数はどのように船舶設計に影響しますか？

   • 波水槽での試験用に船舶モデルを縮小するのに役立ち、流れ条件が実際のシナリオと類似していることを確認できます。

3. フロウド数を空気の流れに適用できますか？

   • 主に液体流に使用されますが、フロウド数は、重力が慣性力に比べて著しい状況では気体にも適用できます。