流体の密度・粘度一覧表

はじめに

流体力学や伝熱計算を行うときに欠かせないのが、密度（ρ）と粘度（μ, ν） の値です。特にレイノルズ数の判定、配管の圧損計算、ポンプ動力の見積もりでは、流体の物性値を正確に把握することが重要です。

このページでは、代表的な液体・気体の密度と粘度を20℃・1気圧基準で一覧表にまとめました。設計・計算の参考にご活用ください。

密度・粘度とは？

密度ρとは

密度（ρ, ロー）は、単位体積あたりの質量を表す物性値で、単位はkg/m³です。$$\rho = \frac{m}{V} \quad [\text{kg/m³}]$$

密度が大きいほど同じ体積でも重く、流れに大きな慣性が生じます。配管の圧損計算では動圧 $\frac{1}{2}\rho V^2$ の形で現れ、密度が大きいほど圧損が大きくなります。また、レイノルズ数 $Re = \frac{\rho v D}{\mu}$の分子にも密度が入るため、同じ流速・管径でも密度が大きい流体ほどReが大きく（乱流になりやすく）なります。

粘度μ（動粘度ν）とは

粘度（μ, ミュー）は流体の「ねばり強さ」を表す物性値で、単位はPa·s（パスカル秒）です。粘度が高いほど流れに対する抵抗が大きく、同じ条件でも圧損が変わります。

実際の計算でよく使われるのが動粘度（ν, ニュー）で、粘度を密度で割った値です。$$\nu = \frac{\mu}{\rho} \quad [\text{m²/s}]$$

レイノルズ数は動粘度を使うと $Re = \frac{vD}{\nu}$と書けます。粘度μと動粘度νは変換できるので、どちらか一方が分かれば計算できます。

液体と気体で粘度はどう違う？

液体と気体では粘度の大きさと温度依存性が正反対です。

液体の粘度: 液体の粘度は、分子間の引力（凝集力）が流れを妨げることで生じます。温度が上がると分子運動が活発になり凝集力が弱まるため、温度上昇とともに粘度は低下します（水・油・グリセリンなど共通）。

気体の粘度: 気体の粘度は、分子間の衝突・運動量交換によって生じます。温度が上がると分子運動が活発になり衝突が増えるため、温度上昇とともに粘度は増加します。液体と逆方向であることに注意が必要です。

また、下の表を見ると、気体の粘度は液体の1/100〜1/1000程度であることが分かります。これは気体の分子間距離が液体より大きく、分子間の引力がほぼ無視できるためです。

代表的な流体の物性値一覧（20℃, 1atm）

液体の密度・粘度

気体の密度・粘度

温度・圧力が変わるとどう変わる？

上記の値は20℃・1気圧での参考値です。実際の設計では温度・圧力条件が異なることが多く、特に以下の点に注意が必要です。

密度の温度・圧力依存性

• 液体の密度: 温度が上がるとわずかに減少（水は4℃で最大密度）。圧力依存性は小さい
• 気体の密度: 温度・圧力に大きく依存（理想気体の状態方程式 $\rho = \frac{PM}{RT}$で計算可能）

粘度の温度依存性

• 液体: 温度上昇で粘度は大幅に低下（水の粘度は20℃で1.00×10⁻³ Pa·s、80℃では0.35×10⁻³ Pa·s程度）
• 気体: 温度上昇で粘度はやや増加

正確な設計・解析にはJSMEやNISTのデータベース等を参照することを推奨します。

物性値を使った計算例

一覧表の使い方の例として、空気を内径50mmの円管に流速5m/sで流す場合のレイノルズ数を計算してみます。

• 空気の密度: ρ = 1.205 kg/m³
• 空気の粘度: μ = 0.0181×10⁻³ Pa·s
• D = 0.05 m, V = 5 m/s

$$Re = \frac{\rho V D}{\mu} = \frac{1.205 \times 5 \times 0.05}{0.0181 \times 10^{-3}} \approx 16{,}700$$

Re > 4,000なので乱流と判定されます。このように、一覧表の値を圧損計算やレイノルズ数判定にすぐ活用できます。

密度・粘度換算ツール

20℃・1気圧以外の条件（高温・高圧など）での密度・粘度が必要な場合は、以下の換算ツールをご活用ください。

工学計算ツール集

温度・圧力による密度・粘度換算ツール｜流体物性の自動計算 流体の密度・粘度を温度や圧力から簡単に換算できるツールです。水や空気など代表的な流体を選択して自動計算。理論式と近似式も解説します。

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