流束と流束密度の違いは? 流束と流束密度の計算問題を解いてみよう【演習問題】

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流束と流束密度の違いは? 流束と流束密度の計算問題を解いてみよう【演習問題】

 

ここでは化学工学における重要な考え方である流束と流束密度について解説しています。

 

・流束と流束密度の違い

 

・流束と流束密度の計算問題を解いてみよう【演習問題】

 

というテーマで解説していきます。

 

 

流束と流束密度の違い

 

厳密な定義としての流束(りゅうそく)(流速(りゅうそく)ではないです)とは、単位時間あたりに通過する各物理量のことを指し、「拡散流束」「熱流束」「運動量流束」などが挙げられます。

 

これに対して、狭義な意味の流束密度とは、単位時間あたりに単位面積を通過する各物理量のことを指します。つまり、流束を通過する断面積で割ったものが厳密な意味での流束密度といえます。
 
電流と電流密度の関係などがこの流束と流束密度の関係に相当するといえます。

 

ただ、実際のところ流束とよぶケースでは、先にも述べた厳密な意味での流束を適用していることは少なく、流束密度と同じ意味の単位時間あたりに単位面積を通過する各物理量のことを流束と呼んでいるケースがが多いです。

 

つまり、広義な意味での流束とは、流束密度と同じといえます。

 

これらの用語について議論する際は、流束、流束密度が何を表しているかをきちんと摺合せするといいです。

 

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厳密な意味での流束から流束密度を計算してみよう【演習問題】

 

それでは厳密な定義としての流束を流束密度に変換する方法を以下の問題を解いて理解していきましょう。

 

例題
 
厳密な意味での流束である質量流量[kg/s]を流束密度に変換してみましょう。

 

ある配管内において、質量流量が0.5[kg/s]であるとします。断面積が0.1m^2であるときの、流束密度(質量流束密度)を計算してみましょう。

 

解答

 

質量流束密度 = 質量流量(流束) / 断面積 = 0.5 / 0.1 = 5 [kg/s/m^2]となります。

 

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