圧力損失

圧力損失

圧力損失とは、管内を流れる液体が、菅の壁面で働くせん断力によって行われるエネルギー損失のことである。

ベルヌーイの法則

理想流体で考えるとき、ベルヌーイの式にエネルギー損失ΔPが加わり下記の通りに表すことができる。

ヘッド（水頭）

常識の両辺をρgで割ることでヘッド（水頭）hを導入すると、下記の通りに表すことができる。なお、ヘッド（水頭）とは、ゲージ圧で表した場合、管内の圧力により流体を持ち上げる高さを表すことができる。

ダルシーワイスバッハの式

ダルシーワイスバッハの式によって損失水頭Δhを下記の通りに表される。管摩擦係数（管摩擦損失係数）λは配管粗さとレイノルズ数の関数で表現される。

レイノルズ数と管摩擦係数

円管内の流体のレイノルズ数Reによって管摩擦係数λが左右される。

• レイノルズ数が2300以下（層流）のとき、レイノルズ数Reの逆数に比例し、λ＝64/Reで表される。
• レイノルズ数が2,300＜Re＜4,000（層流から乱流への遷移域）では流れの乱れの状態によって異なる。
• レイノルズ数が4000を超えて、増えるに従い、管摩擦係数λは一定値へ近づく。

管内の粗さ

また管内表面の粗さによってもλは変わる。ブラジウスの式では、3,000＜レイノルズ数Re＜80,000の条件下でλ＝0.3164Re^-0.25で表されている。

継ぎ手やバルブなどの圧力損失1

エルボ、ティー、レデューサなどの継ぎ手、管路の入口・出口、バルブなどの圧力損失Δh（損失水頭）は、動圧1/2xρU²に損失係数ζを乗じて計算される。管路入口では、エッジのrにより異なるが、エッジにrがない場合で損失係数は0.5となり、rの影響により損失係数は0.5より小さくなる。

継ぎ手やバルブなどの圧力損失2

損失係数ζを用いる代わりに、相当長Ｌ_Eを用いて表現することもある。

配管内の圧力損失

配管の圧力損失ΔP(全圧の損失)は、直管部分(長さL)、曲がり部、フィッティング、バルブ、配管入口/出口などの損失(損失係数ζ)、およびエレベーション差(H)による水頭圧の変化の和で、次式のように表される。