船舶のスクワットとは何ですか?

Aug 03, 2023

前回の記事では、水中キールクリアランスとその重要性について詳しく説明しました。 また、水中のキールクリアランスに対する船舶のしゃがみ効果についても簡単に学びました。 この記事では、この興味深い流体力学現象についてさらに詳しく説明します。

スクワットは、船舶が浅瀬を航行するときに発生する流体力学的現象です。 つまり、対象領域で利用できる深さの範囲は限られています。 しゃがんだ結果、船は沈みやすくなったり、喫水が突然減ったりする傾向があります。 この影響により、隣接する水域の深さが不十分な場合、船舶が座礁する危険性が生じます。

何よりもまず、スクワット効果について議論し始めるときは、流体力学と流体物理学の基本のいくつかを再検討することが重要です。

自然の基本原理から、流れが安定しており、粘性がなく、非圧縮性であり、損失が発生していないと仮定すると、有限の空間またはシステムを通過する流体は一定の体積流量になります。

より簡単に言うと、特定の時点で、閉鎖系に入る流体の体積は、前述の条件を満たしていれば、系から出るときも同じままになります。 この問題を最も単純に表すと、入口と出口で異なる断面積 (A1 と A2) を持つパイプが考えられます。

ある程度の体積 V を持った純水の流れが入口 A1 を通ってパイプに入ると仮定します。 損失やその他の影響がないと仮定すると、同じ体積 V が出口 A2 から放出されます。

ここで、出口面積 A2 が入口 A1 より小さいと考えてください。 何が起こるか？ 特定の時点では、システムに入るボリュームは、システムから出るボリュームと同じままである必要があります。 したがって、この平等を維持するには、流量または流れの速度が増加します。

したがって、出口 A2 での流量は A1 での流量よりも大きくなり、任意の時点で入った量と同じ量の水が排出されます。 したがって、単純な関係から: A1 X V1 = A2 X V2 (A1>A2)

ここで、A1 と A2 は面積、V1 と V2 はそれぞれ入口と出口の流量です。

A1 が A2 より大きいため、流速 V2 は V1 より大きくなります。 この方程式の各辺の単位は立方メートル/秒 (メートル平方 m2 X メートル/秒 m/s) であり、これは本質的に、空間の任意の点で対象領域を通過する水の体積流量または体積を意味します。時間は一定です。

私たちは、単純な流れを支配するベルヌーイの原理について、一度は読んだことがあるはずです。 この流れの概念は、前述の理論より一歩進んでおり、圧力の観点からも流れを説明します。 流体中の圧力とは何ですか? 流体内の圧力には、静的圧力と動的圧力の 2 つのタイプがあります。

水深 h の深部にある物体を考えてみましょう。 ご存知のように、物体にかかる静圧は、密度(ρ)、重力加速度(g=9.81m/s2)、深さ(h)の積として定義できる静圧です。 [静圧 = ρ X g X h]。

水で満たされた密閉タンクのような完全に穏やかな環境では、特定の深さにある物体は主に定義された単純な静圧を受けます。 静圧の基礎は位置エネルギーです。

海、川、小川などのほとんどの物理的環境では、動圧として知られる、流れの動力学や動きに関連するかなりの量の圧力が発生します。

この圧力の大きさは、流体の所定の密度における流速にのみ依存します。 圧力のこの成分は、流体に関連する運動エネルギーに関係します。 これは、密度と流速の二乗の積の半分として定義できます。 [動圧 = 1/2 X ρ X V2]。

ベルヌーイの原理によれば、圧力の静的成分と動的成分の合計は、検討中の領域では基本的に一定のままです。