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流速とは?1分でわかる意味、単位、平均流速との関係、マニングの公式

流速(りゅうそく)とは、水の流れる速さです。水理学的にいうと、水路のある点を通る単位時間当たりに水が移動する距離です。流速は、水の接する壁との摩擦で減速するため、水路の壁際の方が流速は遅くなります。水路内の水粒子の流速を平均した値を、平均流速といいます。簡便で精度の高く平均流速の値を求める式にマニングの公式があります。


今回は流速の意味、単位、平均流速との関係、マニングの公式について説明します。マニングの公式、平均流速の意味は下記が参考になります。

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

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

流速とは?求め方

流速(りゅうそく)とは、水の流れる速さです。もっと詳しくいうと、水路のある点を通る単位時間あたりに水が移動する距離です。流速の求め方を下記に示します。


流速=距離÷単位時間(単位当たりの秒など)


下図をみてください。流速のイメージ図を示しました。


図 流速


分かりにくい方は、普段の生活に置き換えて「車のスピード」を考えてください。車の速さは「時速〇キロ」と表しますよね。これは1時間当たりに「何キロメートル走れるか」示しています。


流速もこの考え方と同じです。ただし流速の場合は、m/sやcm/sの単位を用いることが多く「1秒当たりに移動する水の距離」を意味します。


また水路の壁際の方が、摩擦による抵抗で流速は遅くなります。つまり、水路内に流れる水粒子の各点で流速は違います。ある点における流速u=dx/dt(dxは微小距離、dtは微小時間)とするとき、水路内の水粒子の流速を平均化した値を「平均流速(へいきんりゅうそく)」といいます。


図 流速と平均流速の違い


平均流速を求める公式は、後述するマニングの公式が有名かつ実用的です。平均流速、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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流速の単位

流速の単位は


m/s

cm/s


などです。流速の単位は、1秒当たりの距離を単位とすることが多いです。

流速と平均流速の違い

流速と平均流速の違いを下記に示します。


流速 ⇒ 水粒子が1秒当たりに移動する距離

平均流速 ⇒ 水路内の水粒子の流速を平均化した値


下図に流速と平均流速を示しました。水路の壁は、水と壁の摩擦により流速が遅くなります。平均流速は下記が参考になります。

図 流速と平均流速の違い


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

流速とマニングの公式

平均流速を求める式に、マニングの公式があります。マニングの公式は、


マニングの公式


です。上記のように、マニングの公式は「比較的簡単な計算で」「精度高く平均流速が算定できる」ことから、よく用いられます。


なおnを粗度係数、Rは径深、Iは動水勾配です。マニングの公式、径深の詳細は下記が参考になります。

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

まとめ

今回は流速について説明しました。意味が理解頂けたと思います。流速は、水粒子が1秒当たりに移動する距離です。水路内の水と壁が接する部分では、摩擦の影響で流速が遅くなることも覚えておきましょう。その他、水路内の流速を平均化した平均流速、平均流速を算定するマニングの公式も勉強しましょうね。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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