動粘度を表す単位にはm²/s・mm²/s・St(ストークス)・cSt(センチストークス)など複数の表記があり、どれを使えばよいか迷うことがあります。
特に工業規格・オイルのスペック表・流体力学の教科書を参照すると、単位が混在しているため正確な換算と理解が求められます。
単位の意味と換算方法を正確に把握することで、データの誤読や計算ミスを防ぎ、信頼性の高い設計・品質管理が実現します。
本記事では、動粘度の単位の種類・読み方・換算方法・SI単位系での位置づけ・実用上の注意点について詳しく解説していきます。
目次
動粘度の単位の種類と定義
それではまず、動粘度の単位の種類とそれぞれの定義について解説していきます。
動粘度の主要な単位は、SI単位系のm²/s・工学でよく使われるmm²/s(cSt)・CGS単位系のSt(ストークス)です。
SI単位系:m²/s(平方メートル毎秒)
動粘度のSI(国際単位系)公式単位はm²/s(平方メートル毎秒)です。
「エム二乗パーエス」または「平方メートル毎秒」と読みます。
この単位は流体力学の理論式やCFD解析ソフトウェアで標準的に使用されており、レイノルズ数の計算式にも直接使用できます。
ただし、一般的な液体の動粘度値はm²/s単位では非常に小さな数値(水の場合約1×10⁻⁶ m²/s)になるため、実用場面では扱いにくいという面があります。
工業実用単位:mm²/s(平方ミリメートル毎秒)=cSt
工業的な実用場面で最も広く使われる動粘度の単位はmm²/s(平方ミリメートル毎秒)であり、これはcSt(センチストークス)と同値です。
mm²/sとcStの関係
1 mm²/s = 1 cSt(センチストークス)
水(20℃)の動粘度:約1.0 mm²/s = 1.0 cSt
エンジンオイル(SAE 10W-30、100℃):約10 mm²/s = 10 cSt
JIS規格・ISO規格・石油製品規格(ASTM)では動粘度の単位としてmm²/s(cSt)が標準的に採用されています。
CGS単位系:St(ストークス)とcSt(センチストークス)
St(ストークス)はCGS単位系における動粘度の単位であり、「ストークス」と読みます。
名称はジョージ・ガブリエル・ストークスにちなんで命名された単位です。
各単位の換算関係
1 St(ストークス)= 1 cm²/s = 100 cSt
1 cSt(センチストークス)= 0.01 St = 1 mm²/s = 10⁻⁶ m²/s
1 m²/s = 10⁶ mm²/s = 10⁶ cSt = 10⁴ St
現代の工業規格ではSt(ストークス)はほぼ使われなくなっており、cSt(センチストークス)またはmm²/sが標準的な表記となっています。
単位換算の実践と換算表
続いては、動粘度の単位換算の実践的な方法と換算表について確認していきます。
各単位の換算表と計算例
| 単位 | m²/s | mm²/s(cSt) | St |
|---|---|---|---|
| 1 m²/s | 1 | 1,000,000 | 10,000 |
| 1 mm²/s(1 cSt) | 10⁻⁶ | 1 | 0.01 |
| 1 St | 10⁻⁴ | 100 | 1 |
実用的な計算では、cSt(またはmm²/s)の値をm²/sに変換するには10⁻⁶を掛けるというシンプルな換算を覚えておくと便利です。
代表的な流体の動粘度値(参考データ)
| 流体 | 温度(℃) | 動粘度(mm²/s=cSt) |
|---|---|---|
| 水 | 20 | 約1.00 |
| 水 | 40 | 約0.66 |
| 空気 | 20 | 約15.1 |
| エタノール | 20 | 約1.52 |
| エンジンオイル(SAE 5W-30) | 100 | 約9.3〜12.5 |
| グリセリン | 20 | 約1180 |
粘度(Pa·s)から動粘度(m²/s)への換算計算
粘度(絶対粘度:μ)のデータから動粘度(ν)を計算する場合、以下の式を使用します。
粘度(Pa·s)から動粘度(m²/s)への換算
ν(m²/s)= μ(Pa·s)÷ ρ(kg/m³)
例:水(20℃):μ = 1.002×10⁻³ Pa·s、ρ = 998 kg/m³
ν = 1.002×10⁻³ ÷ 998 ≈ 1.004×10⁻⁶ m²/s ≈ 1.004 cSt
SI単位系での動粘度の位置づけと関連単位
続いては、SI単位系における動粘度の位置づけと関連する物理量の単位について確認していきます。
粘度(絶対粘度)の単位との比較
| 物理量 | SI単位 | 実用単位・旧単位 |
|---|---|---|
| 動粘度(ν) | m²/s | mm²/s, cSt, St |
| 粘度・動力学的粘度(μ) | Pa·s | mPa·s, cP(センチポアズ) |
| 密度(ρ) | kg/m³ | g/cm³, g/mL |
粘度の旧単位P(ポアズ)・cP(センチポアズ)との関係では、1 cP(センチポアズ)= 1 mPa·s(ミリパスカル秒)という等価関係が成立します。
単位混用による計算ミスへの注意
動粘度の計算や換算では、単位の混用による計算ミスが生じやすいため、使用する単位系を統一してから計算を開始することが重要です。
特にCFD解析ソフトウェアや流体力学の計算式では、m²/s(SI単位)を使用することが前提となっているものが多いため、cStからm²/sへの換算(×10⁻⁶)を忘れないよう注意が必要です。
まとめ
本記事では、動粘度の単位の種類・読み方・換算方法・SI単位系での位置づけ・実用上の注意点について詳しく解説しました。
動粘度の単位はSI単位のm²/s・工業実用のmm²/s(=cSt)・CGS単位のStがあり、1 cSt = 1 mm²/s = 10⁻⁶ m²/sという換算関係が基本です。
工業規格(JIS・ASTM)ではcSt(またはmm²/s)が標準単位として使用されています。
流体力学の計算・CFDシミュレーションではm²/s(SI単位)が必要であり、cStからの換算(×10⁻⁶)を確実に行うことが計算精度確保の基本となるでしょう。