層流管内流れ（Hagen-Poiseuille） — 商用ツール比較と選定ガイド

基本的にどのツールでも解けるが、検証作業での使い勝手に差がある。

COMSOL は教育目的に非常に向いている。Laminar Flow (spf) モジュールで、

1. 2D Axisymmetric モデルを選択

2. 矩形領域（$r: 0 \to R$, $x: 0 \to L$）を定義

3. 入口に Normal Inflow Velocity、出口に Pressure = 0

4. 壁面に No Slip、対称軸に Axis

5. メッシュを Free Triangular で生成し、壁面にBoundary Layer

6. 定常計算を実行

COMSOL の強みは、結果のプロット画面で直接 $u_{exact}(r) = 2 U_{avg} (1 - (r/R)^2)$ を入力して数値解と重ねてプロットできることだ。

配管系の圧力損失計算では、Hagen-Poiseuille の法則が基本になる。直管部の摩擦損失は、

これにエルボ、バルブ、拡大管などの局所損失（$\Delta p_l = K \rho \bar{U}^2 / 2$）を加算する。CFDで配管系全体を解くよりも、1Dの圧力損失計算のほうが効率的な場合が多い。

そうだ。例えば、バルブ近傍の剥離域やエルボの二次流れのような局所現象は、CFD以外では正確に予測できない。一方、100mの直管の圧力損失なら理論式で十分だ。