38AM82｜第38回 臨床工学技士国家試験 過去問

正答

2

この問題のポイント

この問題では、流体力学で重要なレイノルズ数の式が問われています。

レイノルズ数は、流れが層流になりやすいか、乱流になりやすいかを判断する無次元数です。

代表的な式は次の2つです。

• Re = ρVd / μ
• Re = Vd / ν

ここで、動粘性係数 ν は、

• ν = μ / ρ

で表されます。

解説

レイノルズ数 Re は、慣性力と粘性力の比を表す無次元数です。

管内流では、代表長さとして管の内径 d を用います。

基本式は、

• Re = ρVd / μ

です。

ここで、

• ρ：密度
• V：平均流速
• d：流路の内径
• μ：粘性係数

また、動粘性係数 ν は、

• ν = μ / ρ

なので、

• μ = ρν

これを Re = ρVd / μ に代入すると、

• Re = ρVd / ρν
• Re = Vd / ν

となります。

したがって、レイノルズ数を表す式は、ａ．Vd/ν と ｅ．ρVd/μ です。

ひっかけポイント
粘性係数 μ と動粘性係数 ν を混同しないことが重要です。
ν = μ / ρなので、ρを含む式と含まない式の両方が成り立ちます。

流体力学での注意点
血液回路や透析回路では、流量、管径、粘性、密度によって流れの状態が変わります。乱流は圧損増加、溶血、気泡の混入リスクなどにも関係するため、レイノルズ数の意味を理解しておくことが重要です。

選択肢の確認

1．誤り。
選択肢1は ａ、ｂ の組合せです。ａは正しいですが、ｂが誤りです。ν/(ρVd) はレイノルズ数の式ではありません。

2．正しい。
選択肢2は ａ、ｅ の組合せです。Re = Vd/ν と Re = ρVd/μ は、どちらもレイノルズ数を表します。

3．誤り。
選択肢3は ｂ、ｃ の組合せです。どちらもレイノルズ数の式ではありません。ρV/ν では、代表長さ d が抜けています。

4．誤り。
選択肢4は ｃ、ｄ の組合せです。どちらも誤りです。Vd/(ρμ) は、密度 ρ の位置が不適切です。

5．誤り。
選択肢5は ｄ、ｅ の組合せです。ｅは正しいですが、ｄが誤りです。正しくは Vd/(ρμ) ではなく、ρVd/μ です。

覚えるポイント

• レイノルズ数は、流れの状態を評価する無次元数です。
• 管内流では、代表長さとして内径 dを用います。
• 基本式は、Re = ρVd / μです。
• 動粘性係数を使うと、Re = Vd / νです。
• 動粘性係数は、ν = μ / ρで表されます。