流体

表 1 . 容器

材料	用途	特徴スケール

セラミックス	土器
セラミックス	甕（陶磁器）	ろくろによる成型、焼成
木材	樽、桶	鋸、鉋による切削加工
鉄鋼	茶釜レトルト釜ステンレス槽スチール缶ガスボンベ槽塔
アルミニウム	アルミ缶
ガラス	びん、ガラス器具
プラスチック	ＰＥＴボトル
複合材料	ＦＲＰタンク反応槽

気体、液体、流体、粉体といった形の定まらない物質をを保持するには固体材料で成型された容器が必須です。

狩猟時代にどんぐりを火で煮た土器が容器の始まりと言えます。平安時代には貯蔵に使われると発酵のための甕が使われます。戦国時代には鋸で桶による量産ができるようになります。近代ではステンレスのタンクが使われるようになります。現在では、プラスチック容器も使われます。

表 2 . 流体の機械エネルギー

m:質量

\overline{u}

: 平均流速

ρ

：密度

流体を輸送するには、流体輸送機（ポンプや送風機）で、配管内を流れる流体にエネルギーを供給します。

表 3 . 流量計

流量〔m³/s〕と時間〔s〕を測定することで、体積を測定できます。吐出速度を測れば、ガソリンの体積も測れます。

温度、圧力、流量、液位（液面）、組成（成分、濃度）は、プロセス変量（プロセス変数）と呼ばれます ^1

) 。プロセス変量を計測したり、目標値を設定して、制御したりします。 PID制御などが使われます。

分子が自由に動き回っているのが気体です。

元素が秩序正しく格子点に固定されているのが固体の結晶です。

温度や圧力によって、物質が固体、液体、気体、超臨界流体のいずれの状態を示した図を状態図と言います。分子結晶は、昇華しやすく、イオン結晶は、融点や沸点が高いです。

乳濁液（エマルション）や懸濁液（サスペンション）などのコロイド溶液を安定化するのに、界面活性剤が使われます。

p V = n R T

液体と固体粒子とが流動性のある泥状の混合物をスラリーと言います。

表 4 . 液体の流動パターン

流体（気体、液体など）は、ずり応力Sとずり速度Dで、いろいろな流動パターンを示します ^2

) 。

©K.Tachibana

流体のねばっこさ。

乱流になるとエネルギー損失が増す。 ^3

)

表 5 . コロイドの状態

物質は、様々な状態を取ります。混合物のうち、10^-8m程度の分散質が分散媒に分散したものを、コロイド溶液と言います。コロイド溶液中の分散質と分散媒の間には、真の溶液と違って界面が存在します。コロイド溶液を安定化するのに界面活性剤が使われます。

⚖️ 粒径 r〔m〕

状態	密度	粘性／弾性	物質（材料）の例	コメント

超臨界流体	密度大	粘性小	ボンベの中、火力発電のボイラー、ハーバーボッシュ法の反応器
気体	密度小	粘性小	🏞 空気水素アンモニア蒸気
液体	密度大	粘性大	水、海水石油スラリー
固体	密度大	弾性	金属材料鉄鋼非鉄金属（銅・アルミニウム）石炭セラミックス（ガラス、陶磁器）木材プラスチック	材料として使う