【動粘度】について粘度との違いを解説

概要

ある流体の粘度を密度で割った値を動粘度νといい、(1)式で表されます。

$$ν=\frac{μ}{ρ}・・・(1)$$

ν：動粘度[m²/s]、μ：流体粘度[Pa・s]、ρ：流体密度[kg/m³]

実用上は、レイノルズ数等の流体力学の計算でよく使用します。

粘度が大きいほど動粘度も大きくなるため、粘度と動粘度は同じような意味合いで使用されることが多いです。

ただし、分野や扱う現象によっては意味合いが微妙に異なる場合もあります。この記事では粘度と動粘度の違いについて以下で解説しています。

粘度と動粘度の違いですが、文献などによって解釈が様々で、ハッキリとした見解がないのが実状のようです。

この記事では私が最も納得した見解を紹介します。

粘度は流体が外力を受けたときに生じる内部摩擦による抵抗の大きさを示し、動粘度は流体に重力のみが作用しているときの流体固有の抵抗を示す、というものです。

流体が流動するためには、相対運動する流体層間の摩擦力に打ち勝つ力（外力）が必要で、このときの摩擦力の大きさが粘度に比例します。

粘度が大きいほど摩擦力が大きく流動し難くなるため、流動させるには大きい外力が必要となります。

一方で、地球上の物質は重力を受けますが、流体も例外ではありません。

重力によって流体は流動しますが、このときの流動のし難さは流体の粘度と密度が関係します。

粘度が大きいほど流動し難い、というのは粘性による内部摩擦の特徴と変わりませんが、プラスで密度も影響します。

単位体積当たりの質量[kg/m³]が大きいほど重力が強く作用するため、密度が大きいほど流動し易く、小さいほど流動し難い、ということになります。

したがって、重力による流動のし難さは粘度に比例し密度に反比例することから、(1)式のような動粘度の形で表すのが都合がよいと考えられます。

粘度と動粘度は流体の密度で割るかどうかの違いですが、流体の種類によっては粘度と動粘度の値の大小が逆転するので注意する必要があります。

以下に空気と水の粘度及び動粘度を示します。前提として、粘度や密度は温度依存性があるため、どの温度で比較するか示す必要があります。

粘度で比較すると水の方が大きいですが、動粘度で比較すると空気の方が大きくなっています。

気体同士、液体同士の比較ではここまで顕著な傾向は出にくいですが、気体と液体の比較では密度差が大きいためこのようなことも起こり得ます。

粘度と動粘度は似たような意味合いであることから、ほとんどの分野では粘度・動粘度のどちらで評価してもよく、ということであればより簡便な粘度を使用するのが良いでしょう。

特に化学工業の分野で実施される水力学計算(配管設計、ポンプ選定、バルブ選定等)は単に粘度で評価することが一般的です。

一方で、特に動粘度で評価することがある分野や業界について、例えば以下が挙げられます。

化学プラントでありがちな配管流れよりも高度な流動制御が要求される分野においては、動粘度を指標とすることがあるようなイメージです。

動粘度について解説しました。

基本的には粘度と同じで、動粘度も値が大きいほど流体が流動し難い、という認識でよいと思います。