流体は水(ρ = 1000 kg/m³)を仮定します。式は Re < 2300 の層流域で厳密に成り立ちます。
左:流入(高圧)/右:流出(低圧)/管壁の二本線=管半径 R/矢印=層流の放物線速度分布(中心が最大、管壁でゼロ)
横軸=ΔP [kPa]/縦軸=Q [mL/s]/層流では Q ∝ ΔP の直線関係(黄点=現在値)
ハーゲン・ポアズイユの法則は、円管内の完全発達層流に対する体積流量を解析的に与えます。ナビエ・ストークス方程式から導かれ、ニュートン流体・層流・円管・一定断面という条件下で厳密に成り立ちます。
体積流量と平均流速:
$$Q = \frac{\pi R^{4}\,\Delta P}{8\,\mu\,L},\qquad V_{\mathrm{avg}} = \frac{Q}{\pi R^{2}} = \frac{\Delta P\,R^{2}}{8\,\mu\,L}$$放物線速度分布(最大流速は平均の2倍):
$$u(r) = V_{\max}\!\left(1-\frac{r^{2}}{R^{2}}\right),\qquad V_{\max} = 2\,V_{\mathrm{avg}}$$層流判定のためのレイノルズ数:
$$Re = \frac{\rho\,V_{\mathrm{avg}}\,(2R)}{\mu}$$$R$ は管半径 [m]、$L$ は管長 [m]、$\Delta P$ は両端の圧力差 [Pa]、$\mu$ は粘性係数 [Pa·s]、$\rho$ は密度 [kg/m³]、$r$ は管中心からの半径方向距離です。