乱流領域

乱流領域とは、不安定で渦の多い流れの状態を指します。速度と圧力は局所的かつ時間的に変動します。さまざまな大きさの渦が発生します。

乱流とは対照的なのが層流です。この違いは、配管内の流れを例に挙げると分かりやすく説明できます。液体が配管内をゆっくりと流れる場合、その流れは層流となります。速く流れると、流れは乱流になります。この変化はレイノルズ数によって表されます。配管内の流れでは、一般的にレイノルズ数が約4000を超えると乱流領域に入るとされます。

レイノルズ数は、流れにおける慣性力と粘性力の比を表す。レイノルズ数が小さい場合は層流を示し、レイノルズ数が大きい場合は乱流を示す。

Re = ρ ⋅ u⋅ d​ / μ

• Re はレイノルズ数（–）であり、次元を持たない
• ρは液体の密度である
• u は特徴速度である
• d は特徴的な長さ、あるいは水理学的直径である
• μは動粘度である

この現象は、粉末混合機内の流れにも類推することができる。カッティングローターの高速回転は、粉末粒子の激しい乱流を引き起こし、その結果、乱流に似た状態となる。一方、混合翼から生じる低速で粉塵の少ない押流は、整然とした層流の輸送メカニズムに相当する。

プロセス工学では、混合、熱伝達、および物質移動を促進するために、乱流が意図的に利用される。一方で、粉塵の発生や粒子の破損を最小限に抑えるためには、整流流が有利となる場合もある。