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液体の推力について教えてください
- 液体にスクリュー（プロペラ）付の軸を差し込んで回したとき、スクリューの周囲に発生する推力の計算方法について教えてください。
- スクリュー１枚が押しのける容積×スクリュー枚数×回転数で押しのける容積となり、押しのける容積×液体の比重（対水）で推力となるのではないか？
- スクリューは軸のあるほうへ進もうとしますが、軸は壁で強固に支えられているので進むことはできず、液体を撹拌しながら押し出すと思っています。また速度についてですが、軸は400rpmで回します。
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＞スクリューが押しのける液体の量 スクリューの吐出量について参考URLでは、吐出量Q=kｎｄ^3（ｋ：定数、ｎ：回転数、ｄ：プロペラ径 羽根の構造（枚数、角度等の影響）は定数Ｋに含まれているようである。 ところで、吐出量と推力を調べて何をしようとされているのでしょうか。 結局のところ、メーカのＰＲ資料にあるように、レイノルズ数とか、ビデオ撮影での評価になると思いますが。 これだけ、議論が進んだので、そろそろ質問者の考えを聞きたいと思います。
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結局、後（ご）の先（せん）、アフターユーさんは何を回答したかったの？ 未だにわかりません。
tigers のおっさんと、小生の決定的な違いは、 質問者の内容を、スクリューの回転で、♭♭の重さの流体がγγ動いた反力が推力だと とらえたか、否かです。 それが、言葉の綾？か旧単位系に原因があるが？？と言ったまでです。 これで、質問者の“体積×比重ではディメンションが違うとのことですが”も 納得がいくのではないかと思います。 （やっと出てくれてありがとう。質問者も同様だと思うよ） もう、これで最後にします。 訂>後（ご）の先（せん）、アフターユーさん には多分読まれなかったと思うけど も意味が解らない。 それなら、もっと他の書き方？話しの進め方があるのでは？ 所詮、Dimentionが異なる人間（小生）と人間（貴殿）なんで、仕方がない。 質問者さんの役に立った事を期待している。
>昔の人間なんで Dimentionの観念が曖昧だったのかもしれません。 戦後教育でディメンジョンの概念が曖昧になった事あるんですか？ 少なくとも私は知りません。 回答（9）さんへ いちおう、回答（3）で近似解の例示はしてるんですよ～。 多分読まれなかったと思うけど。 kazu_i さん補足ありがとうございます。 誤>多分読まれなかったと思うけど。 訂>後（ご）の先（せん）、アフターユーさん には多分読まれなかったと思うけど。
ありがたい事です。 質問者さんは迷うかもしれませんが、色々な切り口のでアドバイスが受けれて、今後の 確認に役立つでしょう。 昔の人間なんで、力×距離も、**の重さの物を##まで運ぶも、旧単位系を使用していたので、 kgやkgfを使用するため、Dimentionの観念が曖昧だったのかもしれません。 スクリューの回転で、♭♭の重さの流体がγγ動いた反力が推力だと。 当然、単純に物事を考えて、後は結果とイコールになる定数を実験で導き出すが原点ですが。 皆さんのフォローに感謝します。
「ディメンションを合わせる事は物事を考える上での基本」と思います。 スクリューを推力を厳密に計算しようとすると、大変なことになると思いますが、質問者の主旨に沿って考えると、推力Ｔは簡単には次式で表されます。ＵＲＬ参考 Ｔ＝ρａｕ＾２ ｛ｋｇ・ｍ／sec＾２⇒Ｎ｝ （１） ρ：液体の密度｛ｋｇ／ｍ^3｝ ａ：スクリューの面積｛ｍ^2｝ ｕ：プロペラ吐出流速｛ｍ／sec｝ 質問者が言われている「体積×比重」で、単位時間当たりの体積はａ×ｕ、比重｛－｝を密度と考えても「体積×比重」は単位時間あたりの質量にしかならないと思います。 実際にはプロペラ部の効率を考える必要があり、（１）式より低い値になると 思います。
問題を単純化しすぎ。水を円筒状の質量としてるが水は粘性流体で周りと粘性を持って接してるのでそう単純化できないでしょう。 詳細は知りませんが船舶での計算式なら実験式か近似式があるのでしょう。きっと境界条件を無限遠まで遠避ける数式操作をするような。
質問者の内容に対して、小生が勘違いをしているだけかもしれません。 小生は、反力が推力になる。 エネルギー（仕事量）保存の法則で、物理が成り立っている。 ある質量の物を動かすと、反動である質量の物が動く。 楔効果や梃の原理、ねじ効果等の工学的内容も、この森で何回も述べているように 距離で損して力で得するエネルギー（仕事量）保存の法則見地からの所見です。 ですから、Dimensionが違うの意味が理解できなくて、正直困ってました。 そして、今も？？？？です。
tigersさんの仰っている意味は， a)推力のディメンション(単位系)はN(ニュートン)。 b)貴殿の言う，体積×比重(密度)のディメンションはkg。(kgfではない) なので，それだけでは推力が計算できないということです。上記b)で求めているのは質量で，力ではありません。 勘や経験も非常に大事なのですが，理論的に検討する場合は，ディメンション確認は必須です。これが違えば，物理的に全く意味のない値を議論して，とんでもない方向に進んでしまう恐れもありますので。 拙い知識で申し訳ありませんが，流体力学的にざっくりと考えれば， (推力)＝(流体の密度)×(400r/min時のスクリュー流量)×(400r/min時の液体の軸方向流速) になると思います。 なので，貴殿が考えておられる方向性は，概ね正しいと言えるのではないでしょうか。 ただやはり，tigersさんが仰るように，ここで聞くだけにせずに，ここで得た情報を基本として，御自身で流体力学の勉強をされ，納得の行く検討を実施された方が良いと思います。 ＞後の先，アフターユー様 この世界の”超々”ベテランとのことですが，Dimentionという非常に重要な概念を，今一つ理解されていないように見受けられましたので，あえて書かせてもらいます。 ---------------------------------------------------------------------- Dimentionは単位系のことで，貴殿が仰る力学的エネルギー云々という，メカニズム的な議論とは論点が全く異なります。 エネルギーで考えてみます。エネルギーの単位はJ(ジュール)ですよね？ 運動エネルギー，ポテンシャルエネルギー，電磁場エネルギー・・・など，エネルギーは全てその単位で表されます。つまり，エネルギーを数式で表現する場合は，J(ジュール)になるように，様々な物理量を組み合わせて行かなければならないわけです。 (エネルギー)＝(力)×(距離)＝N・m → J(ジュール) これと同じように考えれば，力の単位はN(ニュートン)ですから，力を求めるには，最終的にN(=kg・m/s^2)になるように，物理量を組み合わせなければならないことはおわかりかと。 したがって，質問者が言う(体積)×(比重)では，単位がkgとなり，更にこれに何かの物理量(加速度)を掛けないと，力を表す物理量にはならないということです。 これが，tigersさんや私が言う「Dimentionが合っていない」という理由です。
≻ スクリューが押しのける液体の量なのですが、例えばスクリューが90度ピッチで4枚あると ≻ すれば、スクリューの垂直高さ×水平長さ×幅の四角錐を1回転につき4回押し出して、 ≻ それが4枚あるとは考えるのは間違いでしょうか？ 流体が移動するであろうロスを除く理論値は、円筒に近い体積を４倍です。 （円筒に近い体積の高さは、スクリューの進行方向の幅です） ≻ 体積×比重ではディメンションが違うとのことですが、液体は水ではないので、 ≻ 体積×対水比重でkgfを計算出来て、それは推力であるという考え方は間違っている ≻ のでしょうか？ Dimensionが違うとの記述は、tigers さんの記述なので意味が不明です。 小生は、反力が推進力となりえるので判りません。 （プール等で泳ぐのと同じで、その推進力をどのように速度変換するは難題ですが） そして、液体は水ではないのでの記述は、小生はロス率を考えます。 気体の場合は膨張、液体の場合でも泡かみ、と流体力学による流体の方向性です。 （これも、難題です） それと、小生はオーソリティーではありません。 名の如く、少し経験が長いので多くの経験がありますが、若い人はそのお先へどうぞ の技術坊主みたいな者です。
お礼
ありがとうございました。大変勉強になりました。 まだ、あやふやでそれほどわかっていませんが、自分自身で少し整理してみようと思います。 試してやってみて、また質問するかもしれません。 そのときはよろしくお願いいたします。 そのときに、もう少し上のレベルの質問ができるよう頑張ります。
回答（4）の 後（ご）の先（せん）、アフターユーさん あなたの意見からは関連性が全く理解できませんのですが。 質問者さんへの回答より自分の主張が大事なんでしょうか？ 煽ればＯＫみたいな、２ちゃねらみたいな方とは関わりたくないですし。 後（ご）の先（せん）、アフターユーさん が大層なご権威みたいなので 私はご遠慮しますね。 minaさん補足有り難うございます。
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お礼
ありがとうございます。撹拌機の概念から計算まで興味深く読ませていただきました。まだ、きちんと理解しておりませんが、これの応用を考えてみます。 それで、何をするかということですが、以前下記URL http://www.yamaha-motor.jp/marine/lineup/pro-fish/tairyo/sekkei/fishingboat/014/ から、「スクリューはネジのように推進することで推力を発生する。」との記述を見つけて、「スクリューはめねじを切りながら推進していると考えるのであれば、スクリューの推力が壁で受け止められているときは、めねじの体積が押し出される量で、それが単位時間当たりにどれくらい押し出されるかわかれば、スクリュー近くの推力がわかるのではないか？」と考えたからです。 で、どうしてそんなものを知りたかったかというと、ご回答いただきました撹拌機でして、液体内にスクリューを突っ込んで回して、かつ気体の薬剤を吹き込みまして、その薬剤がどれくらいの範囲まで到達するか知りたかったのです。その第1段階としてスクリューの発生させる推力が知りたかったのです。 ですので、推力がわかったとしても、私の知りたいことは、まだこれからなのですが、なにぶん基礎的なこともよくわかっていないので、お知恵を拝借できたらと思い、投稿した次第です。 で、当初私の考えていた内容と、いろいろ教えてただいたこと、それからご紹介いただいた資料には、結構な違いがあるようで、頭の中を整理する必要を感じております。 以上、ありがとうございました。