平成３０年度 技術士一次試験 機械部門択一(33) 拡大前後における流体の圧力差

平成30年度 技術士一次試験 機械部門択一問題の解答解説です。

技術士一次試験だけでなく、JABEE認定大学の機械工学科の皆さんにも活用できる内容になっていると思います。

お役に立てれば幸いです。

JABEE ｜一般社団法人 日本技術者教育認定機構｜世界で通用する技術者」になるための学びが、ここに。 から引用

技術者を育成する教育プログラムを「技術者に必要な知識と能力」「社会の要求水準」などの観点から審査し、認定する非政府系組織です。“教育プログラム”は認定の対象とする教育の主体のことで、通常、工学・農学・理学系の学科あるいは学科内のコースに対応します。

中略

• 認定プログラムの修了生は、国家資格である技術士の第一次試験が免除されます。

 

問題33 下図に示すように,流入部Aから一様な速度分布UA,を持つ流体が流れ込み, 急拡大管で広がった後、十分下流の流出部Bより一様な速度分布UBで流れ出る2次元流を考える。流体の密度をρとし,壁面に作用する粘性応力の影響は無視して良い。このとき、流入部の圧力Paと流出部の圧力の差(Pa - Pb)として,最も適切なものはどれか。

 

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技術士会の正答は、①でした。

 

拡大面に運動量の法則を適用すると、拡大前後における圧力による力の差が運動量とつり合いますので、

　PaA－PbA＝（ρB・UB）UB－（ρA・UA）UA

A、Bはそれぞれ通過面積を示します。

両辺をAで割ると、

　Pa－Pb＝B/A・ρUB^2－ρUA^2

 

次に、連続の式より、

　　UA・A＝UB・B

　　B/A＝UA/UB

を上の式に代入すると、

　Pa－Pb＝UA/UB・ρUB^2－ρUA^2

　　　　＝ρUA（UB－UA）

 

　解答例からすると（）内は逆転する必要がありますので、

　Pa－Pb＝－ρUA（UA－UB）

　となり、①が正解ですね。

　

日本機械学会の流体力学 P101を参照しました。

　　

一次試験は、とにかく過去問を繰り返し解くことが、合格への近道です。

頑張ってください。