層流とは｜乱流との違いとレイノルズ数による分類をわかりやすく解説

この記事の要点

給水配管の設計で流速を決めるとき、層流か乱流かによって摩擦損失の計算式が変わる。

レイノルズ数が約2000以下なら層流、それ以上なら乱流になる目安を知っておくと設備設計の計算に役立つ。

この記事では層流の意味・乱流との違い・レイノルズ数の計算と分類基準を解説する。

層流・乱流の判断にはレイノルズ数を用い、Re＜2000で層流、Re＞4000で乱流と判断します。

流れの性質の分類（定常流・等流など）とあわせて理解しましょう。

この記事では、層流とは何か、乱流とどう違うのか、レイノルズ数とどう関係するのかを整理します。

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層流（そうりゅう）とは、各水粒子がそのままの位置を保ち流れることです。

粒子同士が位置関係を乱すことなく流れます。逆に、水流が入り乱れるような流れを「乱流（らんりゅう）」といいます。

その他、水の流れの種類には「定常流（ていじょうりゅう）」や「等流（とうりゅう）」などがあります。

今回は層流の意味、乱流との違い、レイノルズ数との関係について説明します。乱流、レイノルズ数の詳細は下記が参考になります。

乱流とは？【近日公開予定】

レイノルズ数とは？【近日公開予定】

層流とは？

層流（そうりゅう）とは、水粒子がそのままの位置を保ち流れることです。

一方、水粒子が入り乱れるような流れを「乱流（らんりゅう）」といいます。層流と乱流は、水粒子の流れの違いを表します。

その他、水の流れを表す用語には

定常流

非定常流

等流

非等流

があります。定常流と非定常流は時間に着目して水の流れを分類しています。

等流、非等流は河川や水路の場所に着目して水の流れを分類するものです。定常流、等流の詳細は下記が参考になります。

定常流とは｜等流・非定常流との違いをわかりやすく解説

等流とは？1分でわかる意味、定常流、不等流との違い、マニング式との関係

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層流と乱流の違い

層流と乱流の違いを下記に示します。

層流　⇒　水粒子がそれぞれの位置を乱さず整然と流れること

乱流　⇒　水粒子が入り乱れて流れること

層流と乱流、レイノルズ数の関係

層流と乱流の違いは「レイノルズ数」を計算して判断します。円形の管におけるレイノルズ数の求め方を下記に示します。

レイノルズ数

Reがレイノルズ数、Dが管の直系、ｖが平均流速、νが同年性係数です。

レイノルズ数が4000を超える時に乱流、2000未満のとき層流です。レイノルズ数の詳細は下記が参考になります。

レイノルズ数とは？【近日公開予定】

混同しやすい用語

層流

水粒子がそれぞれの位置を乱さず、整然と層状に流れる状態です。

レイノルズ数が2000未満のとき層流と判断します。

乱流との違いは「流れの秩序」にあります。

層流は粒子の位置が乱れず規則正しく流れますが、乱流は粒子が入り乱れてランダムに流れます。

乱流

水粒子が入り乱れてランダムに流れる状態です。

レイノルズ数が4000を超えるとき乱流と判断します。

層流との違いは「レイノルズ数の閾値」です。

Re＜2000が層流、Re＞4000が乱流で、2000〜4000の間は遷移域といい、どちらにもなりえます。

層流を整理した表を示します。

項目	内容	備考
層流の定義	水粒子がそれぞれの位置を乱さず整然と流れる状態	Re＜2000 のとき成立
乱流の定義	水粒子が入り乱れてランダムに流れる状態	Re＞4000 のとき成立
レイノルズ数	Re＝Dv/ν（管径×流速÷動粘性係数）	2000〜4000は遷移域