Biophysics · 20.07

層流と乱流

Laminar and turbulent flow

🧠 層流laminar flow層流（laminar flow）laminar flow（層流）では流線が規則的で層間混合が少ない。 乱流turbulent flow乱流（turbulent flow）turbulent flow（乱流）では渦と混合が生じる。

層流と乱流の流れ方

層流laminar flow層流（laminar flow）laminar flow（層流）では流体層が規則的に滑り、乱流turbulent flow乱流（turbulent flow）turbulent flow（乱流）では速度・圧力が時間的に揺らいで渦が混ざる。乱流turbulent flow乱流（turbulent flow）turbulent flow（乱流）は混合を促す一方、同じ流量を保つ圧力損失を増やす。

渦と圧力損失

乱流turbulent flow乱流（turbulent flow）turbulent flow（乱流）は追加のエネルギー散逸dissipate散逸（dissipate）dissipate（散逸）と雑音を伴う。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='laminar flow'>層流</span>と<span class='jp-term jp-term-diagram' title='turbulent flow'>乱流</span>の流れ方"] --> B
  B["渦と圧力損失"] --> C
  C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='turbulent flow'>乱流</span>は追加のエネルギー<span class='jp-term jp-term-diagram' title='dissipate'>散逸</span>と雑音を伴う"] --> D
  D["狭窄部で生じる流れの乱れ"]

狭窄部で生じる流れの乱れ

層流laminar flow層流（laminar flow）laminar flow（層流）から乱流turbulent flow乱流（turbulent flow）turbulent flow（乱流）へ移行しやすい条件はレイノルズ数Reynolds numberレイノルズ数（Reynolds number）Reynolds number（レイノルズ数）で整理できる。乱流turbulent flow乱流（turbulent flow）turbulent flow（乱流）では渦・混合・雑音と追加のエネルギー散逸dissipate散逸（dissipate）dissipate（散逸）が生じるため、流線に沿って機械的エネルギーが保存されるという理想的なベルヌーイBernoulliベルヌーイ（Bernoulli）Bernoulli（ベルヌーイ）の法則をそのまま適用できない。

血管狭窄や高速流では心雑音heart murmur心雑音（heart murmur）heart murmur（心雑音）・血管雑音bruit血管雑音（bruit）bruit（血管雑音）として検出されうる。狭窄、急な分岐、高流速は乱れを生みやすい。雑音や心雑音heart murmur心雑音（heart murmur）heart murmur（心雑音）は乱流turbulent flow乱流（turbulent flow）turbulent flow（乱流）の手掛かりになり得るが、音の有無だけで流れを完全には分類できない。

まとめ

層流laminar flow層流（laminar flow）laminar flow（層流）では流体が層状に秩序正しく進む。乱流turbulent flow乱流（turbulent flow）turbulent flow（乱流）では渦と混合が生じる。
乱流turbulent flow乱流（turbulent flow）turbulent flow（乱流）は追加のエネルギー散逸dissipate散逸（dissipate）dissipate（散逸）と雑音を伴う。
血管狭窄や高速流では心雑音heart murmur心雑音（heart murmur）heart murmur（心雑音）・血管雑音bruit血管雑音（bruit）bruit（血管雑音）として検出されうる。