流体力学

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連続体力学
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流体力学(りゅうたいりきがく、: fluid dynamics / fluid mechanics)とは、流体静止状態や運動状態での性質、また流体中での物体の運動を研究する、力学の一分野[1]

概説[編集]

力学の一分野であり、連続体力学の一部と見なされることがある。

下位分類としては、大きく分けると、静止状態を扱う流体静力学(fluid statics)と、運動状態を扱う流体動力学 (fluid dynamics[2]) に分かれる。(ただし、日本では両者をはっきり区別していない人もいる。)工学分野では、を対象とする水力学水理学[3][4])や空気を対象とする空気力学[5][6][7][8]という分野に分けて扱われることがある。

また、流体力学では電気的に中性で電離していない流体のみを扱い、一部ないし全部が電離した流体はプラズマ物理学で扱われる[9][10]。ただし磁場がない場合のレイリー・テイラー不安定性など、本質的に流体と変わりない場合も存在する。

流体力学の歴史と貢献者

流体静力学のほうは古くから発展した歴史があり、古代ギリシャのアルキメデスアルキメデスの原理を発見。ブレーズ・パスカル1653年パスカルの原理を発見。ボイルらが同じく17世紀後半にボイルの法則(ボイル・マリオットの法則)を見いだした。[11]

流体動力学は、静力学より後に登場している。こちらはアイザック・ニュートンの『自然哲学の数学的諸原理』の刊行後に徐々に広まったニュートン力学を流体に適用してその運動を論じるという形で興った分野であり、18世紀の段階ではベルヌーイオイラーラグランジュらによって、まずは粘性の無い流体(=完全流体)の運動が研究された。完全流体よりも複雑で理解が難しい粘性流体については、19世紀アンリ・ナビエジョージ・ガブリエル・ストークスらによって研究が行われた(ナビエ・ストークス方程式[12][13][14][15])。さらに複雑な乱流についてはオズボーン・レイノルズによって19世紀末に研究が進んだ。 [16]

関連分野[編集]

流体力学の用語・概念[編集]

応用[編集]

応用分野[編集]

脚注[編集]

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  1. ^ 大辞泉「流体力学」
  2. ^ Batchelor, C. K., & Batchelor, G. K. (2000). An introduction to fluid dynamics. Cambridge University Press.
  3. ^ Abbott, M. B., & Minns, A. W. (2017). Computational hydraulics. Routledge.
  4. ^ Bear, J. (2012). Hydraulics of groundwater. Courier Corporation.
  5. ^ Bertin, J. J., & Smith, M. L. (1998). Aerodynamics for engineers (Vol. 5). Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall.
  6. ^ Anderson Jr, J. D. (2010). Fundamentals of aerodynamics. Tata McGraw-Hill Education.
  7. ^ Houghton, E. L., & Carpenter, P. W. (2003). Aerodynamics for engineering students. Elsevier.
  8. ^ Milne-Thomson, L. M. (1973). Theoretical aerodynamics. Courier Corporation.
  9. ^ Goldston, R. J., & Rutherford, P. H. (1995). Introduction to plasma physics. CRC Press.
  10. ^ Fridman, A., & Kennedy, L. A. (2004). Plasma physics and engineering. CRC Press.
  11. ^ 『ブリタニカ国際百科事典』
  12. ^ Constantin, P., & Foias, C. (1988). Navier-stokes equations. University of Chicago Press.
  13. ^ Temam, R. (2001). Navier-Stokes equations: theory and numerical analysis (Vol. 343). American Mathematical Society.
  14. ^ Foias, C., Manley, O., Rosa, R., & Temam, R. (2001). Navier-Stokes equations and turbulence (Vol. 83). Cambridge University Press.
  15. ^ Girault, V., & Raviart, P. A. (2012). Finite element methods for Navier-Stokes equations: theory and algorithms (Vol. 5). Springer Science & Business Media.
  16. ^ 『ブリタニカ国際百科事典』
  17. ^ 矢川元基. (2001). パソコンで見る流れの科学: 数値流体力学入門. 講談社.
  18. ^ Anderson, J. D., & Wendt, J. (1995). Computational fluid dynamics (Vol. 206). New York: McGraw-Hill.
  19. ^ Chung, T. J. (2010). Computational fluid dynamics. Cambridge University Press.
  20. ^ Blazek, J. (2015). Computational fluid dynamics: principles and applications. Butterworth-Heinemann.
  21. ^ Wesseling, P. (2009). Principles of computational fluid dynamics (Vol. 29). Springer Science & Business Media.

参考文献[編集]

和書[編集]

  • 流体力学 (JSMEテキストシリーズ), 日本機械学会 2005-04-01
  • 演習で学ぶ「流体の力学」入門, 西海 孝夫, 一柳 隆義 秀和システム 2013-09-27
  • 流体力学, 日野幹雄 朝倉書店 1992-12-01
  • 圧縮性流体力学―内部流れの理論と解析, 松尾一泰 オーム社 2013-12-01

洋書[編集]

  • Falkovich, Gregory (2011), Fluid Mechanics (A short course for physicists), Cambridge University Press, ISBN 978-1-107-00575-4, http://www.weizmann.ac.il/complex/falkovich/sites/weizmann.ac.il.complex.falkovich/files/FluidShort.pdf 
  • Kundu, Pijush K.; Cohen, Ira M. (2008), Fluid Mechanics (4th revised ed.), Academic Press, ISBN 978-0-12-373735-9 
  • Currie, I. G. (1974), Fundamental Mechanics of Fluids, en:McGraw-Hill, Inc., ISBN 0-07-015000-1 
  • Massey, B.; Ward-Smith, J. (2005), Mechanics of Fluids (8th ed.), Taylor & Francis, ISBN 978-0-415-36206-1 
  • White, Frank M. (2003), Fluid Mechanics, McGraw–Hill, ISBN 0-07-240217-2 
  • Nazarenko, Sergey (2014), Fluid Dynamics via Examples and Solutions, CRC Press (Taylor & Francis group), ISBN 978-1-43-988882-7 

外部リンク[編集]