流体力学におけるストローハル数 - 総合ガイド

流体力学におけるストルーハル数の理解

ストルーハル数 (St) は、振動流れのメカニズムを記述する無次元数です。ヴィンツェンツ・ストルーハルにちなんで名付けられたこの数は、特に渦放出、熱交換器、タービンブレード設計などの現象において、流体力学の研究において重要です。ストルーハル数は以下の式で与えられます：

ここで、f は振動の特性周波数、L は特性長さ（例えば、円柱の直径）、V は流速を表します。結果として得られるストルーハル数は無次元であり、流れの性質やその振動特性に関する洞察を提供します。

式の内訳

• f: これはヘルツ（Hzまたは1/s）で測定される渦放出または振動の周波数です。
• L: この特性長さは通常メートル（m）で測定されます。
• V: 流速はメートル毎秒（m/s）で測定されます。

例の計算

直径 L = 0.05 メートルの円柱が流速 V = 2 m/s の流体にある場合、渦放出周波数 f = 10 Hz:

• f = 10 Hz
• L = 0.05 m
• V = 2 m/s

ストルーハル数は以下のように計算されます：

ストルーハル数が0.25は、流体の流れにさらされる円柱構造において一般的な振動流動力学を示しています。

実際の応用

ストルーハル数は、工学および環境科学において特に有用です。例えば、ヘリコプターのローター、航空機の翼、橋のエンジニアは、共振効果を回避し、構造的な破損を防ぐためにストルーハル数を考慮する必要があります。同様に、魚やイルカなどの水生動物は、効率的な推進のために最適なストルーハル数を維持するよう進化しています。

よくある質問

結論

ストルーハル数は流体力学の基本的な側面であり、流体にさらされるさまざまなエンジニアリングシステムの設計および分析に大きな影響を与えます。その使用法と影響を理解することで、より効率的で安全な設計を作成するのに役立ちます。