パイプ内を通る液体の流速の変化について

質問

直径に変化がなく，L字型のパイプを用います．

L字の上部のある面に流量20l与えた場合，その点の速度とL字のパイプを通って流出される時の速度に変化はあるのでしょうか？
(壁面抵抗の少ない中心部分の流速について)

感覚的には，重力加速度が加わり，速度が速くなると思うのですが，その求め方などがわかりませいたら，ぜひ教えてください．
よろしくお願いします．

回答No.3

ElectricGamo · ベストアンサー

>液体は流量20L/minで連続的に流しております．
>この場合ですと，速度は変化しないと言うことですよね？

そうです。流量20L/minとして連続的に流しているのであれば速度は変化しません。もし変化しているのであれば、流量そのものが変わってしまいます。

>連続的でも液体が下へ流れている場合，重力gの影響はないのでしょうか？

流量が固定されているのであれば影響はありません。ただし、その流量を決めている要因の一つが重力です。

どういうことかと言うと、重力に引っ張られる分だけ液体はパイプの出口に向かって引っ張られますので、パイプの入り口と出口に圧力差が出来ます。その圧力差で液体が加速されて流れが出来ます。つまり重力が加わることで、このパイプに流量20L/minとなる流れが生じているのです。

お礼

わかりやすいご回答ありがとうございます．
すごく納得できました．

ありがとうございました．

回答No.2

ElectricGamo

流体を連続的に流しているかどうかがカギです。

ご質問の流量20lってのが分からないのですが、仮に毎秒20lの流体を流し続けている状態(体積流量20l/s)であれば、速度に変化はありません。

入り口と出口以外に液体の出入りがないパイプでは、質量流量は、液体の密度ρ、速度Ｕ、パイプの面積ＡとしてρＵＡとあらわされ、それは一定です。液体のような流体の密度が変わらないのであれば、密度ρで割った体積流量(ＵＡ)も一定で、直径に変化がない訳ですから面積Ａも一定なので速度Ｕは変化しません。

一方で、ご質問の内容が、20lの流体をパイプに放り込んで流したという状態であるならば(バケツの水を流しこむ感じですが)、20lの液体がパイプの中を落ちる感じですから、速度は速くなります。

補足

ご返答ありがとうございます．

液体は流量20L/minで連続的に流しております．
この場合ですと，速度は変化しないと言うことですよね？
連続的でも液体が下へ流れている場合，重力gの影響はないのでしょうか？

すみません．よろしくお願いします．

回答No.1

taka84

断面積が変化せず、途中他からの流入がなければ流速は変化しません。
断面積が変わらず流速が増えるということは流量が増加したと言うことですから。

お礼

ご返答ありがとうございます．
わかりやすかったです．

ありがとうございました．