流体内の局所的な部分における流速や圧力などが、時間とともに不規則に変動することをいう。火花点火機関の燃焼において、混合気中のタービュランスの存在は燃焼速度を向上させる効果があり、燃費改善や希薄燃焼限界向上の手段として有効である。吸気ポートの形状などを工夫して、シリンダー内に吸気流によるスワールやタンブルを形成することによって、タービュランスを強化することが可能である。
参照 スワール、タンブル、燃焼速度、乱流速度が時間的に変動する流体の流れを乱流という。一般には速度の変動に伴って、密度、温度、濃度そのほかの物理量が不規則に変動する。変動しない流れが層流である。流れが乱流になる場合は非常に多く、むしろ層流が保たれるのは特殊な場合である。乱流の発生を組織的に研究した最初の人はイギリスのレイノルズ(1842～ 1912年)である。レイノルズは1883年、管の半径をa、流速をU、水の動粘性係数をνとした場合、aU/νがある値を超えると層流から乱流への遷移が起こることを明らかにした。aU/νは無次元の数であって、レイノルズ数と呼ばれ、遷移が起こる境界のレイノルズ数は臨界レイノルズ数と呼ばれる。
参照 層流、乱流損失、乱流生成ポット(Turbulence から転送)
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2024/07/30 13:56 UTC 版)
|
この記事は検証可能な参考文献や出典が全く示されていないか、不十分です。 (2011年6月)
|
| 乱流（特にその内部構造）の振る舞いを記述する理論上のモデルを構築することは可能か？ |  |
乱流（らんりゅう、英: turbulence）は、流体の流れ場の状態の一種。乱流でない流れ場は層流と呼ばれる。
乱流の確立した定義は現時点においても存在しないが、数学的にはナヴィエ・ストークス方程式の非定常解の集合であるということができる。層流と乱流のおおよその区別はレイノルズ数によって判断され、レイノルズ数の値が大きいと乱流と判断される。また、層流が乱流に遷移するときのレイノルズ数を臨界レイノルズ数という。
生活の中でのわかりやすい例としては水道の蛇口から流れる水がある。水道の水は流れが少ないときはまっすぐに落ちるが、少し多くひねると急に乱れ出す。このとき前者が層流、後者が乱流である。生活の中で見られる空気や水の流れはほぼ全てが乱流であるだけでなく、熱や物質を輸送して拡散する効果が非常に強いので、工学的にも非常に重要である。
乱流の数値シミュレーションは、気象予報や自動車等の空力設計からノートパソコンの冷却まで工学的には非常に幅広く利用されている。ゴルフボール表面につけたディンプルによる飛距離延伸（マグヌス効果も参照）、新幹線500系電車パンタグラフの突起による騒音低減などにも乱流の効果が応用されている[1]。
しかし高レイノルズ数の乱流を再現するには高い計算機性能を要求するため、スーパーコンピュータなどHPC（高性能計算）の重要な用途の一つになっている。
乱流の例を以下に挙げる[2]。自然界で見られる流れや、工業製品に応用される流れはほとんど乱流であり、層流のほうがむしろ例外である。
乱流には以下のような性質がある[2]。
| 乱流（特にその内部構造）の振る舞いを記述する理論上のモデルを構築することは可能か？ | |
乱流は様々な場面で存在するため、数値流体力学においてもその解析は必須である。しかし上記の性質のために、解析には困難が多く、特に直接数値シミュレーションは計算資源の要求が高いので、代わりに乱流をモデル化する必要がある。
