フルード数計算機

フルード数は、流体の慣性と重力による復元作用を比較する無次元比です。開水路の水理学、洪水吐、河川、船舶設計、波の研究など、自由表面を持つ流れで特に重要です。この計算機は Fr = v/√(gL) を使います。v は代表流速、g は重力加速度、L は代表長さです。標準重力加速度は毎秒毎秒 9.80665 メートルとします。 代表長さの選び方は問題によって異なります。長方形断面の開水路では、通常、水理水深を断面積を水面幅で割った値として定義し、幅広の長方形水路では実際の水深と等しくなります。船舶設計では、造波特性の比較に水線長を使うことがよくあります。最終的な比が無次元になるよう、流速と長さには整合した単位を使う必要があります。 フルード数が一未満なら常流です。水面の擾乱は上流にも下流にも伝わり、下流側の条件が上流の水位に影響することがあります。Fr が一になると波の速さと平均流速が等しくなり、限界流となって、一定流量に対する比エネルギーが最小になります。一を超えると射流です。擾乱は上流に伝わらず、流れは浅く速くなる傾向があり、常流へ移行するときに跳水が生じることがあります。跳水は大きなエネルギーを散逸させるため、ゲートや洪水吐の下流に設けた減勢池内に意図的に収める設計がよく行われます。 この単純な分類は、代表長さに水理水深を使う開水路流に最も直接的に適用できます。実際の水路には流速の不均一、不規則な形状、河床勾配、乱流、急変流の領域などがあり、より詳細な解析が必要です。船舶では波形が重力に強く依存するため、フルード数が縮尺模型の相似条件として役立ちます。ただし、粘性の影響に関するレイノルズ数の一致を代替するものではありません。この計算機は簡易確認、模型の縮尺検討、水路実験、初期の水理的解釈に使い、最終的な工学判断には形状に応じた式や地域の基準を適用してください。