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平均流速の公式は?1分でわかる公式、種類、意味

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平均流速(へいきんりゅうそく)を求める実用的な公式は、「マニングの公式」「シェジーの公式」「クッタの公式」があります。特に「マニングの公式」は、簡単な計算で精度よく平均流速を計算できることから「流速公式の王様」と呼ばれています。今回は平均流速の公式、種類、意味について説明します。平均流速の意味、マニングの公式の詳細は下記が参考になります。

平均流速とは?1分でわかる意味、求め方、単位、流速との関係

マニングの公式とは?1分でわかる意味、径深、粗度係数、勾配、平均流速の公式との関係

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平均流速の公式と種類は?

平均流速を算定する実用的な公式として、下記の3つがあります。


マニングの公式

シェジーの公式

クッタの公式


特にマニングの公式は、式が簡単で精度よく平均流速が算定できます。そのため「流速公式の王様」と呼ばれます。マニングの公式の詳細は下記をご覧ください。

マニングの公式とは?1分でわかる意味、径深、粗度係数、勾配、平均流速の公式との関係

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マニングの公式

マニングの公式を下記に示します。


マニングの公式


vは平均流速、nを粗度係数、Rは径深、Iは動水勾配です。上記よりマニングの公式は、径深と動水勾配に比例し、粗度係数に反比例します。


上記の通り、電卓は必要かもしれませんが、すぐに計算できる公式ですね。

マニングの公式とは?1分でわかる意味、径深、粗度係数、勾配、平均流速の公式との関係

径深とは?1分でわかる意味、求め方、公式、単位、水深との違い

シェジーの公式

シェジーの公式を下記に示します。


シェジーの公式


vは平均流速、Cはシェジーの係数、Rは径深、Iは動水勾配、f'は摩擦損失係数です。

クッタの公式

クッタの公式を下記に示します。


クッタの公式


上記のように係数の計算が煩雑であるため、あまり用いられません。

平均流速の意味

平均流速とは、断面内の水粒子の流速を平均化した値です。例えば、ある水路をイメージしてください。水路に流れる水は、壁際では水と壁の摩擦の影響で流速が遅くなるのです。また、ある点ごとに水粒子の流速は違います。


図 流速と平均流速の違い


水粒子ごとの流速の違いは扱いにくいですよね。よって平均化した平均流速を使います。平均流速の詳細は下記が参考になります。

平均流速とは?1分でわかる意味、求め方、単位、流速との関係

まとめ

今回は平均流速の公式について解説しました。実用的な平均流速の公式は3つあります。特にマニングの公式は簡単に計算できて精度が高いです。また、平均流速を求める公式には「径深(けいしん)」が関係します。下記も併せて勉強しましょう。

平均流速とは?1分でわかる意味、求め方、単位、流速との関係

径深とは?1分でわかる意味、求め方、公式、単位、水深との違い

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