後流

後流の概要

流体力学における「後流」または「伴流」とは、物体が流体中や水面近くを移動する際に、物体の風下に現れる流動領域を指します。この後流は、物体によって引きずられる流体や、物体の通過後に残される渦や波の形で現れます。特に流線型でない鈍い形状の物体では、その影響が顕著に表れ、流れが乱れることもあります。

剥離と後流領域

物体の表面に沿う主流が物体から剥がれることで、新たな後流領域が形成されます。流体が物体の周りを流れ去る際、物体にひきずられる形で動く流れが生じ、後方の流体が物体に向かって引き込まれることがあります。このように剥離した流れが物体の近くで合流し、流れの胆石が閉じている場合、その部分は後流とは定義されないことがあります。物体に対して引かれる流体によって抗力が発生し、この抗力の大きさは後流領域に接触している表面の面積に依存します。強風時に建物の風下だけが静かであれば、それは後流領域を示しています。後流領域内では、主流との摩擦により旋回流が発生し、物体の背後で逆流が見られることがあります。

粘性による後流の効果

物体が流体に対して動く際、物体の前方から後方にかけて流れが生じ、物体が通り過ぎた跡には様々な渦が現れます。この渦は、いわゆるカルマン渦列として知られており、物体後方の渦滞が形成される原因となります。特に乱れが生じやすいこの状態では、しばしば乱流に変わることもあります。音速以下の流速で鈍い形の物体を流れに置くと、大きな境界層剥離が観察されます。これにはアポロ宇宙船やオリオン宇宙船の降下用カプセルなどの例があり、航空機の風洞試験でも一般的です。また、パラシュートの展開にも後流が影響を与え、後流の中に展開された場合、動圧が不足するために抗力が減少し、機能しなくなる可能性があります。

計算流体力学における後流のモデル化

後流のモデル化は計算流体力学において重要であり、特に非定常流や乱流モデルの不確かさが避けられません。多段ロケットの分離や航空機からの懸架装備の分離などが実際の適用例として挙げられます。このようなシミュレーションを通じて、後流やその効果を理解し、様々な工学的課題に挑むことができます。

まとめ

後流は流体力学において重要な役割を果たし、物体の動きに伴って変化する流体の特性を理解するための鍵となります。それにより、効率的な設計や安全性の向上に寄与することでしょう。

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