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。

圧力損失

圧力損失

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。

ヘッド(水頭)

ヘッド(水頭)

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。

ダルシーワイスバッハの式

ダルシーワイスバッハの式

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。

管摩擦係数λ

管摩擦係数λ

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。

ブラジウスの式

ブラジウスの式

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、バルブの圧力損失

継ぎ手、バルブの圧力損失

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LEを用いて表現することもある。

継ぎ手、バルブの圧力損失2

継ぎ手、バルブの圧力損失2

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。

配管内の圧力損失

配管内の圧力損失