[特別版 水理学シリーズ 目次]

【 水 理 学 第2回】(08.09.20)


「ひぃ〜・・・これも、水理学って書いてあるぅ〜・・・なんか、別なのにして!
もういいから、秘伝!グッピーの飼い方に戻してょぅ!
字ばっかりじゃんかぁ!!」

え?式も、たっくさん出ますよぉ。

「ぅげー・・・・ぎ、ギアス!!オレの目を見ろ 」

ぅぅわわわー・きっ きさまぁ・・・・
                           て。ナニそれ?


「はぁ〜良く寝た・・・。 ぁ〜ぁ・・・またコレか。・・・じゃ、はじめましょ。」

お、観念したようじゃな。ょしょし・・・。
 

【水の流れの2大分別を言ってくだされ】

「あー・・・あれね。うんうん、解るわかる。止まってる水と動いてる水、です。せいかぃせいかい・・・・」
 

そ、そりゃ見事な分類じゃ。

それでは、動いてる水、流れてる水を2大分別して見て下され。

「へ?ナニ?・・・・

じゃぁ・・・・川の水と海の水?・・・ちがうか。キレイな水と汚い水?

ちがうかなぁ・・・・遅い流れと、速い流れ〜・・・とか?・・・大分別じゃ、ないなぁ・・・

ぅーん・・・・上水道と、下水道」

おぅ!!いい線ついとるぞ!そうじゃ、それじゃ。 飛び花火があがっとる。
 

「へ?上水道と下水道が2大分別なの?水理学でしょ、コレ。」
 

上水道ってのは、普通の水道のことじゃな。飲み水が出てくる。

水道はご家庭の壁からニョキッと生えて出ているが、実際には配管じゃ。

浄水場から管を伝って、ご家庭に運ばれる。水は管の中を満載で流れて行く。

「栓をひねると、どばーって出ますね。」
 

下水道ってのは、使った水、排水を流し、水洗便所からの水をドンブラコーと流し 処理場に導く。

下水道は、断面が円形だったり四角かったりするが、ともかく地下にある水路じゃの。

映画に良く出てくるのぅ。マンホールから地下に降りて、ちゃぷちゃぷという感じでのぅ。

「くさい感じ。・・・・で?これが2大分別なの?」


【管路流れと、開水路流れ】

水の流れは、大きく2つに分けられます。

一つは、管の中を水が満載状態で流れる現象です。

もうひとつは、

水路の流れです。水面が見えますね。

時には静かに、時には揺らめき、時にはめっちゃくちゃに波泡立てながら水面が動きながら・・・流れていきます。
 

この2つの流れには、大きな違いがあることが解ります。
 

「で、管の中を流れるのを、管路流れ、と言ってぇ

水路の流れを、開水路流れ、と言うってワケですね。」

そーです。
 

「なんか、そのまんまじゃんか。別に区別する必要があるのかなぁ?おんなじ水の流れだょ。」

では・・・・

水路と管路を、垂直に立てて・・・・

さぁ! 水を下から上に 運んでください。 はぃっ、お願いします。

「出来ねーよ。そんなの・・・・ぁ、管路の方はできるな。

ビルでも家の2階のトイレにも水道はきてるし・・・

ふつーに水圧さえあれば、垂直に立てた管でも水は下から上に運べる・・・」
 

え?なんていいました??

「え?・・・だから、管路は水圧があればできる」

パンパカパーン!!!すーばらしー。 花火5連発〜パンパン〜
 

じゃ、こんどは、水路を垂直に立てて、下から水を上に運んで下さい。さ、さ さささ・・・
 

「それは 無理です。水圧かけるったって・・・なんか かけようがないし・・・・

勢いつけて水出しても、ちょっと上がって、水面が動いて・・・戻ってきちゃいます。ばしゃーって。

ぅひ〜・・びちょびちょのビジャビジャだ。」
 

ぃや〜良いところにお気づかれましたぁ。完璧です。

「はぁ。」
 

というわけで、この2つの流れ場、管路と開水路

これは水理学の内容を、2つにぶった切るぐらいの違いのある現象なんですょ。

「そ、そんなモンなんですか。・・・はー終わった終わった・・・


まだです。

もうちょい。まずは整理しましょう。
 

管路の中を水が満載状態で流れているとき、例えば水道管の中を。

その流れの現象を説明する時、どんな量を使いますか?

「は?量?流量とか?」

おーOKOK。流量ですね。 その単位は?.

ひー来た来た・・・量だから・・・m3 ですかね?・・・あれ?違うか・・・あ、m3/秒だ。流量だから。」

正解〜。

すばらしい。そうです。リットル/分とか、トン/時間とか・・・

流量は単位時間当たりに流れる水の量の単位となります。

SI単位系では、m3/s これが基本単位となります。

でも、重要な事はその量が自分でイメージできることですよね。

水道水レベルだと、1分間に何リットル?あたりがわかり易いので、

L/min

が良く使われますね。
 

「あの〜昨日から、気になっていたんですけど・・・

リットルって、小文字のエル筆記体の斜めに書いたやつを用いるんじゃ、ないんですか?

なんで大文字で L なの?」

・・・・それが・・・・小中学校でのリットル・・・あの、小文字のエルを筆記体で書いた記号は・・・

水処理工学では使いません。小文字を使うとどやされる。リットルは大文字のLを使って下さい。

まぁ、間違いではないし、ホントはどれ使っても、良いのですけどね。
 

さ、まずは流量がでましたぁ。

他に?どんな量で流れを説明しますか?

「そ、そりゃぁ あとは、流速です。これでオワリです。」

それでおわり?まぁいいや。流速が、でましたぁ。 パンパカパーン せ ぃ か ぃ。

単位は?

m/sですっ。」

せ ぃ か ぃ。

「もちろん、遅いときは、mm/minとか、ひろーい流れの範囲では km/h とか

貴方のご理解の行くままに、あらわしてください、と言いたいでしょ。」

すーぅ・・・・ばらしい! そのとおり。
 

ときに、その流速って・・・どこの流速?

「ドコのって、管の中を流れる水の流速ですよ。」
 

管のドコ?

「管のどこってぇ・・・・真ん中とか?断面の真ん中とか・・・だよっ」
 

はぁ〜そうですか。真ん中の流速ですか・・・。そうですかそうですか・・・
 

「な、なんだよー!だって、管の端っこの流速は遅いじゃん!だから真ん中にしたんだよっ。文句あるぅ?」
 

ぃえぃえ・・・じゃ、断面の最大流速で流れを現す、とおっしゃったのですね。

それが、管路の流れを代表する流速と言うことなんですね。
 

「・・・・ぅ、ぅぅぅぅ・・・・・そ、そうか。もう一つありました。流速に、もう一つ。

そっちのほうが、管路の流れの比例代表選出です。当選します。」
 

ぉーぅ。お気づきで。それは?・・・・どうぞ。・・・・・さ、どうぞ。

平 均 流 速 です。

断面で速いとこも遅いとこもみーんな均して計算した、平均流速です。チクショー

ドッカーン・・・ひゅーパラパラパラパラ〜 おー花火があがりましたねー。

巨大正解です。


【管路の流れの連続式(定常流れ)】

断面積を A として 単位は m2   ← Area の Aです。

流量を Q として 単位は m3/s ← Quantity の Q です。

平均流速を U として 単位は m/s ← U は慣例 です。

そうすると、どなたでもご存知。

Q  =    A ×  U

流量=断面積×平均流速

単位は

[  m3/s ]  =  [  m  ]  × [  m/s  ]
 

おーぴったし、ですね。

「こんなの・・・あったりまえ過ぎ、だよ。これ水理学なの?大学の。」

もう、見事にこれは大学の水理学です。

誰が何といおうと、どんなに簡単で、当たり前でも、この

Q=AU

は、モンのすごく重要な、モンのすごく使える、極めて重要な式です。

そして、人は、時々、水の流れを考える時、この式を忘れます
 

「はぁ、そんなモンですかネェ・・・まぁいいや。はぃオワリオワリ・・・・

あっあと、あと一つ、あと ひとつ、お願いします頼む。


まだ、管路の流れを現すための、もう一つの量が出ていないのです。

「へ?

断面積Aを流量Qが平均流速Uで流れた。

もういいじゃん。めでたしめでたし、ですよ。」
 

じゃ、その流れている管に、穴あけますね。小さいのを。はぃ。

ぷしゅー
 

「シャー!!!だっダメです。はやく、はやく 穴塞げぇ。 ひー 」
 

これ、なんで? どうして 穴から水出てきたんですか?
 

「なんでって、あったり前でしょう。水満載の管に穴あけたんです。漏れますよ。もちろん。」

でも、漏れるというよりも、シャーっていう、勢いがありますよね。
 

「それはぁ、管の中のぉ、水圧が!・・・・・・・ぅお? ぉ? そうか。・・・す い あ つ か。」

ひゅ〜〜ずばばばばーん・・・・
 

そうですそうですそうです。 尺玉が上がりましたね。
 

いや、ようやっと ここまできました。

水圧。 いえ、正しくは、圧力です。
 

管路の流れなんて、観察しにくい現象ですが、管内の圧力となると、普段は全然見えない量です。

でも、管に穴をあけて吹き出る水は、その管内に高い圧力があることを示し、

我々に、はっきりとその存在を見せつけます。
 

ともかくこれで、そろいました。

流れを現す、もう一つの大事な大事なだいじな量。

圧力

です。



【本日のキーワード】

管路の流れ ( pipe flow )

開水路流れ ( open channel flow )

断面積 ( area )

流量 ( discharge )

流速 ( velocity )

平均流速 ( mean velocity )

そして

圧力 ( pressure )


【宿題】

「ぁあ?この期に及んで、しゅくだいィィ? ちょ、 調子に乗ってんじゃねー」

圧力の単位って、どんなの?ですか?



明日 第3話 につづく。

・・4話にも、5話にも・・・づっと、つづく。


 
Editor (oo)Tsuyoshi UMETSU Ph.D.
Associate Professor 
Maebashi IInstitute of Technoloy