クヌーセン数計算機

クヌーセン数は、気体分子の平均自由行程と系の代表的な物理長さを比較する無次元比です。Kn = 平均自由行程を代表長さで割った値と表します。平均自由行程は分子が衝突と衝突の間に進む平均距離です。代表長さには流路幅、粒子径、ノズルのスロート寸法、宇宙機の寸法など、流れを支配する尺度を使います。両者の単位が同じなので単位が打ち消され、結果に単位はありません。 この比は通常の連続体流体力学が適切かどうかを示します。クヌーセン数が 0.01 未満では分子間衝突が支配的で、気体は通常、連続体として振る舞います。0.01 から 0.1 ではすべり流となり、固体境界での速度を厳密にゼロとは仮定できなくなる場合があります。0.1 から 10 の遷移域では、希薄気体モデルや分子運動論的手法が必要です。10 を超えると分子同士より境界との衝突が支配的になり、自由分子流に分類されます。 これらの境界は工学上の有用な目安であり、物理現象が突然変化する点ではありません。形状、気体と表面の適応特性、温度勾配、必要な精度によってモデルの選択は変わります。また、代表長さは研究対象の現象を表す必要があります。マイクロ流路では水力直径や流路高さが一般的で、外部流れでは物体長さを使うことがあります。無関係な寸法を選ぶと、数値は正しくても物理的に誤解を招く比になります。 平均自由行程は圧力、温度、分子の衝突直径で変わります。圧力が下がると一般に平均自由行程が長くなり、希薄化の影響が強くなります。このため、真空装置、高高度飛行体、微小電気機械デバイス、エアロゾル輸送、半導体製造では連続流域から外れることがよくあります。ここでは両方の長さをメートルで入力するか、先に他の単位から換算してください。計算機は値を直接割り、比と標準的な区分による流動状態を表示します。初期のモデル選定に役立ちますが、詳細設計では実際の気体に合う物性値と境界条件を使う必要があります。