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自由滑り境界条件 Calculator

この条件は、流体と固体の界面における壁面せん断応力がゼロであることを指定し、接線方向の流れに抵抗がないことを示します。

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This is the free calculator preview. Advanced walkthroughs stay in the app.
Result
Ready
Velocity Gradient

Formula first

Overview

流体力学において、自由すべり条件は、境界に垂直な速度勾配がゼロであることを意味し、壁が流体に粘性抗力を及ぼさないことを示す。これは、境界層効果が無視される高レイノルズ数流れのシミュレーションや、理想的な非粘性流れモデルで近似として頻繁に使用される。これは、境界での流体速度が境界速度と等しいと仮定されるノースリップ条件とは対照的である。

Symbols

Variables

= Dynamic Viscosity, = Velocity Gradient, = Shear Stress, = Shear Stress

Dynamic Viscosity
Velocity Gradient
1/s
Shear Stress
Pa
Shear Stress
Pa

Apply it well

When To Use

When to use: 粘性壁効果が無視できる理想化された流れや固体表面から遠い領域をモデル化する際に適用する。

Why it matters: これにより、特定の界面での粘性境界層を解像する必要がなくなり、計算流体力学におけるナビエ・ストークス方程式が簡略化される。

Avoid these traps

Common Mistakes

  • 低速流れにおける壁近傍の実在の粘性流体に自由滑り条件が適用されると仮定すること。
  • 自由すべり条件と対称境界条件を混同しないでください。

One free problem

Practice Problem

動粘度が 0.001 Pa·s の流体において、自由すべり境界条件が満たされる場合、壁での必要な速度勾配 (dvx/dy) はいくらか？

Hint: 式は、負の粘度と速度勾配の積をゼロと等しくする。

The full worked solution stays in the interactive walkthrough.

References

Sources

  1. White, F. M. (2011). Fluid Mechanics (7th ed.). McGraw-Hill Education.
  2. Munson, B. R., Young, D. F., & Okiishi, T. H. (2006). Fundamentals of Fluid Mechanics. Wiley.
  3. NIST CODATA
  4. IUPAC Gold Book
  5. Wikipedia: Free-slip boundary condition
  6. White, Frank M. Fluid Mechanics. 8th ed., McGraw-Hill Education, 2016.
  7. NIST Chemistry WebBook
  8. White, Frank M. Fluid Mechanics. McGraw-Hill Education, 2016.