レイノルズ数

車が空気の中を進む時、車体の表面に沿って空気が流れます。空気は粘り気が少ないので、物体表面にぴったりとくっつくように流れようとします。しかし、実際に起きている現象はもう少し複雑です。 車体表面に非常に近い領域では、空気の流れはほとんど止まっているように見えます。まるで車体に貼り付いているかのようです。少し表面から離れると、空気は少しずつ流れ始め、さらに離れると、本来の速さで流れるようになります。このように、車体表面から少し離れた領域で空気の流れが遅くなっている層を「境界層」と呼びます。 境界層の外側では、空気はほぼ一定の速さで流れています。しかし、境界層の中では、車体表面に近いほど空気の流れは遅く、表面から離れるほど速くなります。この速度の変化が、なめらかな流れと乱れた流れを分ける重要な要素です。境界層内では、空気の流れは基本的に規則的で、層状になっています。これを層流と呼びます。層流では、空気同士が規則正しく並んで流れているので、摩擦によるエネルギーの損失は比較的小さく抑えられます。 しかし、車の速度が速くなったり、車体の形状が複雑になると、境界層内の流れが乱れてきます。これを乱流と呼びます。乱流では、空気の流れが不規則になり、渦を巻いたり、複雑な動きをします。この乱れた動きによって、空気同士の摩擦が大きくなり、エネルギーの損失が増加します。これが空気抵抗の増加につながり、燃費の悪化を招きます。 つまり、境界層は空気の流れと空気抵抗を理解する上で非常に重要な概念です。自動車の設計では、境界層を制御することで空気抵抗を減らし、燃費を向上させる工夫が凝らされています。