2級管工事施工管理技士 過去問
平成29年度(2017年)
問3 (ユニットA 問3)

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問題

2級管工事施工管理技士試験 平成29年度(2017年) 問3(ユニットA 問3) (訂正依頼・報告はこちら)

流体に関する記述のうち、適当でないものはどれか。
  • 流体の粘性の影響は、流体に接する壁面近くでは無視できる。
  • レイノルズ数は、層流と乱流の判定の目安になる。
  • 毛管現象は、液体の表面張力によるものである。
  • ベルヌーイの定理は、エネルギー保存の法則を示したものである。

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この過去問の解説 (3件)

01

流体に関して該当しないものを選択する問題です。

ここで、

流体は『気体・液体の総称』、

粘性は『流体の流れに抵抗する性質』のことを指します。

1.流体に接する壁面近くでは、

 流体の粘性は大きくなります。

 川をイメージした際に、

 中央付近が速くスムーズに流れているのに対し、

 両サイド(今回でいう壁面)は比較的緩やかに流れていることを考えると、

 わかりやすいと思います。

 つまり、壁面近くではより抵抗が発生しているということです。

2.レイノルズ数とは、

 粘性が液体の流れに影響を与える度合いを示します。

 レイノルズ数が大きいと乱流(水の流れが乱れている)、

 小さいと層流(水がスムーズに流れている)といい、

 それぞれの判定の目安に用いられます。

3.毛管現象は、

 毛細管内部の液体が上昇・下降する現象のことを言います。

 この現象は、液体の表面張力が原因で起こります。 

4.ベルヌーイの定理は、

 エネルギー保存の法則を示したものです。

 (『流体内のエネルギーの総和は変わらない』という定理です。) 

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02

1 誤り
粘性流体とは、粘性のある流体のことをいい、粘性により生じる影響は、流体に接する壁面近くで大きくなります。

2 正しい
レイノルズ数は慣性力と粘性力の比で定義される無次元量のことで、流れの乱れやすさのことをいいます。

その値が小さいと層流、大きいと乱流になります。

3 正しい
毛管現象とは、細い管の中の液体が、管を上昇したり、下降したりする現象のことで、表面張力が生じるために起こります。

4 正しい
ベルヌーイの定理は流体におけるエネルギー保存則のことで、圧力が上がれば速度は低下し、圧力が下がれば速度は上昇する性質があります。

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03

流体に関する問題です。

選択肢1. 流体の粘性の影響は、流体に接する壁面近くでは無視できる。

流体の粘性の影響は、流体に接する壁面近くでは大きく影響する

流体の粘性は、流体分子間及び流体に接する壁面近くで、影響する

 

粘性あるいは内部摩擦は、運動している流体内部の接近した2つの部分が、相互に力を及ぼし合う性質です。

 

粘性流体では、流体のある部分が、隣り合う境界面に対し、流体に引きずられる力が働くと考え、境界面の摩擦応力は、引きずられる力を境界面面積で割った値となります。

摩擦応力は、境界面と垂直方向の速度勾配に比例します。

 

流体の粘性の影響は、物体表面近くで顕著に表れ、表面近くの層を境界層と言います。

選択肢2. レイノルズ数は、層流と乱流の判定の目安になる。

問題文の内容通りです

 

層流は、流体分子が規則正しく層をなして流れる流体運動です。

乱流は、流体分子が不規則に入り乱れて流れる流体運動です。

レイノルズ数は、Re=v・d/ν(v:流速、d:配管系、ν:動粘性係数)で表され、乱流と層流の判定に使われます。

層流から乱流に遷移するときの流速が、臨界速度で、この遷移するときのレイノルズ数を臨界レイノルズ数と言います。

層流:Re<2000

乱流:Re>4000

で乱流と層流が区別され、臨界レイノルズ数下限は2320ですが、3000を目安とします。

選択肢3. 毛管現象は、液体の表面張力によるものである。

問題文の内容通りです

 

液体中に、細い管を鉛直に挿入すると、管中の液体が上昇か下降する現象があり、これが毛管現象です。

毛管現象は、液柱に作用する重力と、表面張力の鉛直成分のつり合いで生じます。

選択肢4. ベルヌーイの定理は、エネルギー保存の法則を示したものである。

問題文の内容通りです

 

非圧縮性の完全流体では、定常流の1つの流管の流れでは、流体の持つ運動エネルギー、重力による位置エネルギー、圧力による圧力エネルギーが働きます。

流管の流れが、流線に沿うエネルギーの総和が、どの位置でも一定不変(同じであるということ)であることが、すなわち流体のエネルギーの保存則が、ベルヌーイの定理です。

 

ベルヌーイの定理を式で表せば、次となります。

運動エネルギー+位置エネルギー+圧力エネルギーの順になっています。

 

1/2・ρ・v2+ρ・g・h+p=一定  単位は[Pa]

v:流速[m/s]、ρ:流体密度[kg/m3]、g:重力加速度[m/s2]、h:基準面から鉛直方向の高さ[m]、p:流体圧力[Pa]

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