実際に私が勉強に使用したオリジナルまとめノートを公開しています。
試験勉強の手助けになれば嬉しく思います。
平成25年度試験～令和2年度試験の内容まで反映しております。
管路流れ(円形断面、損失水頭)
・完全流体：解析の便宜上、粘性を考えない流体。
・流体の圧縮性の影響を無視できるか否かによって、圧縮性流体と非圧縮性流体に分かれる。
・流れは時間的、空間的に変化するかどうかで分類され、流速、水深が時間的に変化する流れを不定流という。
・流速や流れの規模が大きくなると、流れは層流から乱流に変わる。
・管路の流れとは、液体が管の断面全体を満たした状態で流れている流れのこと。
・管内のエネルギー損失には、摩擦による損失と局所的な渦や乱れによる局所損失がある。
・摩擦による損失水頭は、管路の長さに比例して大きくなる。
・摩擦による損失水頭は、管径に反比例して大きくなる。
・管路の摩擦損失係数には、マニングの式などの経験式が広く用いられている。
・局所損失水頭は、断面平均流速の2乗に比例して大きくなる。
→管が狭くて長く、曲がっていたり弁があったりしたら損失水頭は大きくなる。
・局所損失は、バルブ、急拡部、急縮部、曲がりなど局所的な形の変化のあるところの乱れによってエネルギーを損失する現象。
・管の拡大又は縮小による損失水頭を算定する場合、断面積が小さい方の管における断面平均流速を用いる。
・管路の断面変化に伴って、動水勾配線は流れの流下方向に対して逆勾配が生じる場合がある。
・ポンプ等からのエネルギー供給がなければ、エネルギー勾配線は流れの流下方向に向けて必ず下降する。
・流れ方向に管路の断面が一様なときは、エネルギー線と動水勾配線は平行となる。
・流れ方向に管路の断面積が大きくなると、その前後で速度水頭は減少する。
・流れ方向に管路の断面積が変化したとしても、その前後で流量は変化しない。
・管路の水平個所では、流れ方向に管路の断面積が小さくなると、圧力水頭は減少する。
・ピエゾ水頭は位置水頭と圧力水頭の和。
・ピエゾ水頭や全水頭の高さは、管路の傾きとは無関係。
・全エネルギーは、摩擦や局所損失のため流れ方向に減少する。
・管路の途中で圧力水頭がゼロになっても、速度水頭がゼロになっていなければ流れは止まらない。
開水路流れ
・開水路流れ：自由表面を持ち、水が大気に接しながら流れるもの。
・開水路の流れは、フルード数が1より小さい常流と、フルード数が1を超える射流、フルード数が1の限界流に分けられる。
・同じ流量の流れでは、常流の水深は限界水深より大きい。
・射流では、水路勾配は限界勾配より大きい。水深は限界水深より浅い。
・射流の漸変流計算の境界条件は、上流側で与えられる。
・等流では、水深及び流速が一定で、水面勾配、エネルギー勾配、水路勾配が全て同じという特徴を持つ。
・マニングの流速公式によると、断面平均流速は粒度係数に反比例する。
・跳水：開水路流れにおいて、射流から常流に変わるときに、流れの速度が減少し、水位が急激に増大する現象。
一様勾配、一様断面の開水路の定常流れ
・開水路において、どの断面についても、水深や流速が時間の経過とともに変化しない(安定している)流れを定常流、逆に水深や流速が時間の変化とともに変化(不安定)している流れを非定常流という。
・定常流のうち、水路内のどの断面においても水深や流速が等しい(底面の摩擦力が重力の分力と釣合い、水深も断面平均流速も一様)流れを等流と呼び、断面ごとにこうした量の異なる流れを不等流と呼ぶ。
・等流状態の流れが常流であるか射流であるかは、水路の勾配と水深によって決まる。
・常流では、水深は限界水深より大きく、断面平均流速は限界流速より小さい。
・常流から射流に接続する場合、限界水深を通って水面は滑らかに接続する。
・河川にせきやダムを設けると、水がせき上げられ、水位の上昇が上流に及ぶ。これをせき上げ背水という。せき上げ背水曲線はせきまたはダムの付近では水平に近いが、上流にさかのぼるにつれて等流水深線(本来の河川の流れ)に漸近し、最後は川の流れに一致する。
・等流水深は水路勾配が大きいほど減少するが、限界水深は水路勾配によらない。
・限界勾配より緩い勾配の水路においては、等流水深は限界水深よりも大きい。
・限界勾配より急な勾配の水路においては、射流の水面形は下流側で等流水深に漸近する。
まとめノート一覧
※記事が完成次第、随時追加致します。
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