コアンダ効果とベルヌーイの違いとは？流体と圧力の原理

コアンダ効果とベルヌーイの違い

記事の概要

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流体の不思議な動き

水や空気が曲面に張り付くコアンダ効果と、速度と圧力の関係を示すベルヌーイの定理の違いを解説します。

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農業現場での活用

メンテナンスフリーな取水スクリーンやドローンの揚力など、意外な場所で使われている技術を紹介します。

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現場力の向上

原理を知ることで、設備の不調原因の特定や効率的な運用管理に役立つ知識が身につきます。

このページの目次

コアンダ効果とベルヌーイの違い

流体の動きで見るコアンダ効果とベルヌーイの基本

農業の現場において、用水路の管理や薬剤散布ドローンの操縦、あるいはハウスの換気設計など、目に見えない「空気」や「水」の動きを相手にする場面は意外と多いものです。これらの流体の動きを説明する際、よく混同されがちなのが「コアンダ効果」と「ベルヌーイの定理」です。どちらも流体力学の用語ですが、その現象の本質は全く異なります。まずはこの二つの決定的な違いを、難しい数式を使わずに流体の動きそのものから見ていきましょう。

コアンダ効果とは、一言で言えば「粘り着く動き」のことです。噴流（ジェット）などの流体が、近くにある壁や曲がった表面（曲面）に引き寄せられ、その表面に沿って流れる傾向を指します。例えば、スプーンの背に水道の水を当てると、水が跳ね返らずにスプーンのカーブに沿って曲がって流れる現象を見たことがあるでしょう。これがコアンダ効果です。流体自体が持つ粘性や周囲の流体の巻き込みによって発生する、物理的な「付着」に近い現象と言えます。

参考）コアンダ効果とは｜原理や事例を紹介

一方、ベルヌーイの定理は「エネルギーの保存」に関する法則です。流体の速度が上がれば圧力が下がり、速度が下がれば圧力が上がるという、速度と圧力のトレードオフの関係を示しています。これはパイプの中を流れる農業用水の計算や、ベンチュリ管を用いた液肥混入器の原理として広く知られています。

参考）【図解つき】ベルヌーイの定理とは？式や原理とその応用例をわか…

コアンダ効果：流体が物体表面に「沿って流れる」現象。流れの方向が変わる。
ベルヌーイの定理：流体の「速度と圧力」の関係。エネルギー保存の法則。

この二つは密接に関係しており、コアンダ効果が起きる原因の一つとしてベルヌーイの定理（圧力差）が説明に使われることもありますが、現象としては別物です。「水が曲がるのがコアンダ」、「速いと圧力が下がるのがベルヌーイ」と覚えておくと、現場での理解がスムーズになります。

圧力と速度でわかるコアンダ効果の発生メカニズム

なぜ水や空気は、直進せずにわざわざ曲がった表面に沿って流れるのでしょうか。このコアンダ効果の発生メカニズムを深く理解するには、やはり「圧力」と「速度」の関係、つまりベルヌーイの定理の助けを借りると分かりやすくなります。

流体（水や空気）が曲面に沿って流れるとき、その曲面側の流速は、外側の流速よりも速くなる傾向があります。これは、曲面によって流路が狭められたり、流体が遠心力で外側に引っ張られそうになるのを防ぐために、内側（曲面側）の圧力が局所的に低下するためです。

参考）https://h-a-labo.amebaownd.com/posts/2833770/

ベルヌーイの定理によれば、「流速が速い場所は圧力が低い」のでした。

流体が曲面に近づく。
曲面と流体の間の空気が噴流に巻き込まれて排除され（エントレインメント）、その部分が「負圧（周りより気圧が低い状態）」になる。
周囲の大気圧（高い圧力）が、流体を負圧部分（低い圧力＝曲面側）へ押し付けようとする力が働く。
結果として、流体は曲面にピッタリと張り付くように流れの向きを変える。

コアンダ効果とは｜流体解析の株式会社構造計画研究所
流体が曲面に沿う際に、遠心力と圧力勾配がどのように釣り合っているかを専門的に解説しています。

この「圧力差によって壁に押し付けられる」というメカニズムは、農業用ドローンのプロペラ（翼）でも重要な役割を果たしています。翼の上面を流れる空気がコアンダ効果によって翼の表面に沿って下向きに曲げられることで、その反作用として機体を持ち上げる「揚力」が発生します。昔の理科の授業では「翼の上面は距離が長いから空気が速く流れる（等時間通過説）」と教わった方もいるかもしれませんが、現在ではこの説明は不十分とされ、コアンダ効果による流れの偏向と作用・反作用の法則を組み合わせた説明が主流になりつつあります。

参考）https://www.flight.t.u-tokyo.ac.jp/~suzuki/MSNsuzuki2.pdf

農業現場で「なぜ風向きが変わるのか」「なぜ水が吸い寄せられるのか」を感じたときは、そこに目に見えない「圧力の壁」が存在し、流体をコントロールしているのだとイメージしてください。

取水設備でゴミを防ぐコアンダ効果の活用技術

コアンダ効果が農業現場で最も分かりやすく、かつ強力なメリットを発揮しているのが「農業用水の取水設備」です。特に山間部の沢水や河川から水を引き込む際、落ち葉や砂利、枝などのゴミ詰まりは農家にとって永遠の悩みです。大雨のたびに取水口まで登って掃除をするのは重労働であり、危険も伴います。ここで活躍するのが「コアンダスクリーン（またはコアンダ取水口）」と呼ばれる技術です。

参考）兵庫県／黒土川小水力発電所

コアンダスクリーンは、特殊な形状の「ウェッジワイヤー」と呼ばれる断面が三角形の棒をすのこ状に並べたものです。このスクリーンの上を水が流れると、以下のことが起こります。

水の分離：水は粘性とコアンダ効果によって、ウェッジワイヤーの曲面に沿って内側（下側）へ急激に曲がり込みます。
ゴミの排除：一方で、落ち葉や砂利などの固形物はコアンダ効果の影響を受けにくく、そのまま慣性でスクリーンの上を滑り落ちていきます。
結果：水だけが隙間から吸い込まれ、ゴミは下流へ排出されます。

特徴	一般的なスクリーン（網）	コアンダスクリーン
原理	物理的な穴の大きさで濾過	流体の性質（コアンダ効果）で分離
ゴミ詰まり	網目に刺さりやすく、頻繁に詰まる	表面を滑り落ちるため詰まりにくい
メンテナンス	頻繁な清掃が必要（特に増水時）	ほぼメンテナンスフリー（自浄作用）
動力	場合により除塵機（電気）が必要	無動力（物理現象のみ）

この仕組みのすごいところは、動力を一切使わないことです。電気も燃料も使わず、ただ物理法則だけで「水とゴミ」を分けてしまうのです。実際に兵庫県の小水力発電所や農業用水路では、このコアンダ効果を活用したスクリーンを導入することで、これまで毎日行っていた除塵作業が不要になり、安定した取水が可能になったという報告があります。

参考）https://www.taisei.co.jp/giken/report/2021_54/paper/A054_047.pdf

「水は曲がるが、石は曲がらない」。この単純な物理法則の違いを巧みに利用したコアンダスクリーンは、高齢化が進む農業現場において、省力化の切り札となる技術と言えるでしょう。

噴流とベルヌーイから学ぶコアンダ効果の応用

ここでは少し視点を変えて、コアンダ効果とベルヌーイの定理がどのように連携して農業機械に応用されているかを見てみましょう。典型的な例として「ベンチュリ管」を用いた液肥混入器や、静電噴口などの「噴流」技術が挙げられます。

ベンチュリ管は、パイプの一部を意図的に細く絞った構造をしています。ここに水を流すと、絞られた部分（スロート部）で流速が急激に上がります。するとベルヌーイの定理に従って、その部分の圧力が下がります（負圧発生）。この負圧を利用して、別の容器から液肥や空気を吸い上げるのがベンチュリインジェクターです。

参考）https://www.maff.go.jp/j/nousin/pipeline/attach/pdf/pipeline-50.pdf

ここで「吸い上げられた液体」がどのように本流と混ざるかに、コアンダ効果的な視点が含まれることがあります。高速で噴出する流体が周囲の流体を引きずり込む「エジェクタ効果」は、広義にはコアンダ効果や粘性による連行作用に関連しています。

また、農薬散布に使われる「静電噴口」や一部のドリフト低減ノズルでは、噴出した霧（噴流）の制御に空気の流れを利用します。

ハウス内の循環扇：ハウス上部に設置された循環扇は、天井のビニール面に沿って風を送ることで、ハウス全体に大きな空気の流れを作ります。これも一種のコアンダ効果（壁面付着流）の応用と言えます。風が天井に張り付いて遠くまで届くことで、作に直接強い風を当てずに、ハウス内の温度ムラを解消できます。
参考）農業用循環扇 – ビニールハウスの温度ムラ防止・湿度管理・生…

もし循環扇の風がすぐに拡散してしまえば、効率的な空気循環は生まれません。「風を壁に這わせる」という技術は、実はコアンダ効果そのものなのです。

ベンチュリ：圧力を下げて吸い込む（点での作用）。
コアンダ（循環扇）：流れを遠くまで運ぶ、形を作る（線・面での作用）。

このように整理すると、自分のハウスの設備がどの原理で動いているのかが見えてきます。液肥が吸われないときはベルヌーイ（流速不足や詰まり）、循環扇の風が回らないときはコアンダ（障害物による剥離）を疑うなど、トラブルシューティングの切り分けにも役立ちます。

自浄作用を生むコアンダ効果のメンテナンスフリーな現場力

最後に、検索上位ではあまり深く語られない独自視点として、「コアンダ効果がもたらす『自浄作用（セルフクリーニング）』という現場力」について掘り下げます。

通常、農業機械や設備は「使えば汚れる」のが当たり前です。フィルターは詰まり、ノズルは澱み、水路は埋まります。しかし、コアンダ効果を適切に設計に取り入れた設備は、「流れそのものが掃除をする」という特異な性質を持ちます。

先述したコアンダスクリーンの例で言えば、水がウェッジワイヤーの曲面に沿って内側に吸い込まれる際、その強烈な「せん断力（切る力）」がワイヤー表面に働きます。水が高速でワイヤーの隙間に滑り込むことで、ワイヤー表面に付着しようとする微細な藻や汚れを常に洗い流し続けているのです。これは単に「ゴミが滑り落ちる」だけでなく、流体の粘性が表面を磨き続けているような状態です。

黒土川小水力発電所 - 兵庫県
実際にコアンダ効果のあるスクリーンを採用し、自浄作用によってメンテナンス頻度を劇的に抑えた事例が紹介されています。

この「自浄作用」の視点は、実はDIYの農業ツール作りにも活かせます。

例えば、自作の養液タンクの撹拌装置を作る際、単に空気をブクブクさせるのではなく、タンクの壁面に沿って水流を作る（コアンダ効果を意識した）水流ポンプの配置にすると、壁面に汚れが溜まりにくくなります。淀みを作らず、常に流体が壁を洗う状態を作る。これがコアンダ効果を意識した「メンテナンスフリー設計」の極意です。