ディフューザーの効果


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ディフューザーとは、流体の速度を落として圧力上昇させる流体機械というのが定義です。レーシングカーでは、マシンの後ろ側に取り付けられていて、エアロダイナミクス上、ダウンフォースを発生させるための装置として、非常に重要な役割を果たしています。

よく、ディフューザーがなければダウンfフォースは発生しないと勘違いされがちですが、ディフューザー自体がダウンフォースを発生させているのではなくて、ディフューザーは、グラウンドエフェクトによるダウンフォースを効率よく発生させるための手段にすぎません。

流速のコントロール -連続の式-

レーシングマシンを真ん中ですぱっと切った時の断面は、おおざっぱですがこんな感じになってます。

灰色の部分が路面で、薄青色の部分がレーシングカーです。図のように、マシンの後部にかけて、マシンと路面の距離が広がっている部分がディフューザーにあたります。

上図のような形状だと、路面とマシンとの間の空気の流れるスピード(流速)を考えると、路面とマシンとの間が狭いところでは、流速が速くて、路面とマシンとの間が広いところでは流速が遅くなります。これは断面@よりも断面Aの方が流路が大きく、流れる空気流量が同じであることを考えると当然のこと。流体力学では、この法則は『連続の式』として表されます。

連続の式 ――― 管内流量 = 管断面積 × 管内流速

正確には、管内の流れでないと連続の式は成り立ちませんが、マシンと路面との間でもこれに近い現象が発生しています。

圧力のコントロール -ベルヌーイの定理-

断面@と断面Aで流速が変化するという事は、同時に、断面@と断面Aでの圧力が変わることにもなります。これは流体力学でも最も重要な理論である『ベルヌーイの定理』から言えることでもあります。ベルヌーイの定理とは、簡単に言ってしまうとエネルギー保存則とも言えるかと思います。

エネルギー保存則なので、本当は位置エネルギーや損失、仕事等も含まれるべきですが、今は無視しておきます。

結論を言うと、ディフューザーによって、断面@の圧力は下がることとなります。これがマシンをぐっと路面に押し付けるダウンフォースのもとです。