流体力学。

静圧とは何かを理解するためには、まず背景と他の用語の説明が必要です。 圧力」という用語は、流体力学や熱力学において、航空力学からプラント設計に至るまで、多くの用途に広く使用されています。

ここで言及されているほとんどの定義は、Merle C. Potter、David C. Wiggert、Bassem H. Ramadan の著書『Mechanics of Fluids』から引用されています。

Pressure Considerations Important Considerations Before Starting a Computational Wind Engineering Simulation

流体力学では、圧力はある領域に作用する法線力として定義されます。

圧力の測定に使用されるメートル単位は、ニュートン/平方メートル(N/m²)または、より一般的にはキロパスカル(kPa)です。 例えば、海面上の大気圧は101.3kPaです。

気圧シミュレーション 絶対圧

温度と同じように、圧力もさまざまな尺度で測ることができますが、どちらも絶対的な尺度があります。 理想的な真空状態では、絶対圧力はゼロになります。 このように、空間には圧力をかける分子が存在しません。

圧力の相対的な尺度を考えると、事態はもっと複雑になります。 専門用語には多くの混乱があります。 また、さまざまなソフトウェアが、圧力の測定値の解釈について、対照的な方法を推奨することもよくあります。

気圧シミュレーション 相対的な圧力

さまざまな相対的な圧力測定があります。 最初の最も一般的な例はゲージ圧と呼ばれるもので、大気圧に対する圧力を測定する際に実現されます。 一般的には大気圧とも呼ばれます。

ここでは、流体力学の分野で使用される他の圧力測定について見てみましょう。

気圧シミュレーション 静圧

全圧とは何かを説明するために、まず有名なベルヌーイの方程式を確認してみましょう

流れの中の2点間の速度と圧力の差を表すものです。

この式の圧力pは静圧で、大気圧に対して測定された場合、静圧はゲージ圧と同じになります。

静圧は、測定対象に対して流体が静止しているときに測定されます。

静圧は、流体が測定に対して静止しているときに測定されるもので、流体が流れているパイプの壁に取り付けられた圧電計によって測定することができます。

空気圧シミュレーション 動圧

先ほどの静圧を測定するときには、速度の影響を考慮していないことに注意してください。 この効果を無視しないと、測定される圧力が増加します。 この増加分を動圧と呼びます。 動圧は、流体の速度と密度の関数です。

空気圧シミュレーション 総合圧

総合圧は淀み圧とも呼ばれ、動圧に静圧を加えたものです。 ピトー管は、例えば飛行機では、以下のように翼にぶら下がった小さな穴や金属製の管として見ることができます:

ピトー管内の速度はゼロであり、停滞点となっています。 動的圧力を直接測定するには、ピトー静電管と呼ばれる別の装置を使用することができます。

ほとんどの日常的なケースでは、全圧は静圧に非常に近い値になります。 これは、ほとんどのシステムが、流体の運動エネルギーに比例する摩擦によるヘッドロスを避けるために、低い流体速度を確保するように設計されているためです。

SimScale での静圧

遠心ファンの静圧 – SimScaleで実施したCFD解析基本的に、流体の流れをシミュレーションする際には、Navier-Stokes方程式を使用します。 さて、非圧縮性流体のナビエ・ストークス方程式を導き出すとき、圧力項は数学的な意味しか持ちません。 物理的な意味を持つのは、流体を駆動する役割を担う圧力勾配だけです。

この論理に従えば、たとえば、シミュレーションの固定圧力境界条件を定数の合計で変更しても、圧力勾配は変わらないので、結果として得られる流れは変化しません。

具体的には、非圧縮性の流れの場合、SimScaleは圧力を密度で正規化して定義される比圧力を使用します。

SimScaleでは、豊富な境界条件を設定することもできます。 SimScaleのクラウドベースのシミュレーションプラットフォームでの境界条件の設定と使用についての詳細は、ドキュメントのこのページを参照することができます。 圧力インレットの境界条件では、全圧を使用し、圧力アウトレットでは、静圧またはゲージ圧を使用します。

空気圧シミュレーションの詳細については、こちらのブログをご覧ください。

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