レイノルズ数計算機 | HydraulicCalc

レイノルズ数と流れの状態を判定します。

レイノルズ数は、管・流路・物体まわりの流れが層流・遷移流・乱流のいずれかを判定し、管のサイジング・熱交換器設計・摩擦損失解析において最も重要な無次元数です。このカルキュレーターは流速・代表長さ・密度・動粘度からReを計算し、流れの状態を分類して適切な摩擦係数の相関を選択できるようにします。

計算の仕組み

公式は Re = ρ × v × D / μ で、ρは流体密度（kg/m³）、vは平均流速（m/s）、Dは水力直径（m）、μは動粘度（Pa·s）。動粘度νを使った別の形式は Re = v × D / ν。管内流の分類閾値：Re < 2,300が層流、2,300 ≤ Re ≤ 4,000が遷移流、Re > 4,000が乱流。遷移域は入口条件・管粗さ・振動に敏感なため、設計者は保守的な摩擦損失推定のためにRe > 2,300を乱流として扱うことが多いです。非円形ダクトには水力直径 D_h = 4 × A / P（Aは断面積、Pは湿潤周長）を使用します。レイノルズ数により、Darcy–Weisbach方程式の摩擦係数にHagen–Poiseuille（層流）・Colebrook–White・Swamee–Jain（乱流）のどの相関を適用するかが決まります。

活用シーン

層流オイル流れの管サイジング

ISO VG 46オイル（40 °C）の吸入ラインをサイジングする油圧システムエンジニアが25 mmボアで1.5 m/sのRe = 1,400を計算して層流状態を確認し、乱流相関ではなくHagen–Poiseuilleの圧力損失式を適用します。

冷却水熱交換器

19 mmチューブに冷却水を3 m/sで流すプロセスエンジニアがRe = 57,000（乱流）を計算し、乱流域のみで有効なDittus–BoelterのNusselt相関を熱伝達係数の算出に選定します。

遷移域の警告

冷水ラインでRe = 3,200を検出した配管設計者が、遷移域では摩擦係数が予測不能なため設計をレビューに回し、流速を上げるか管径を変更して結果を遷移域外に移行させます。

よくある質問

層流と乱流の違いは何ですか？

層流は滑らかな並行層で流れます（Re < 2,300）。乱流は混沌とした渦と混合があります（Re > 4,000）。工業配管のほとんどは高流速のため乱流です。

なぜレイノルズ数が摩擦損失に重要なのですか？

摩擦係数は流れの状態に依存します。層流では f = 64/Re、乱流ではColebrook方程式を通じて粗さとReに依存します。誤った状態を使うと圧力損失が2〜5倍の誤差になります。

流体粘度はどこで調べますか？

水（20 °C）では μ ≈ 0.001 Pa·s。油圧油の粘度はデータシートにISO VG（40 °Cでの動粘度）として記載されています。動粘度に密度を掛けると動粘度が得られます。

レイノルズ数は気体にも適用できますか？

はい。マッハ数0.3程度までの圧縮性流れにも同じ式が機能します。それを超えると追加の圧縮性効果が現れ、Reだけでは不十分になります。