化工系(流体力学?)で用いる収縮部及び拡大部のある円管内の摩擦損失(Ftotal)の算出式を適用しますと「d≒1mm」なりますが、かなり強引な近似をしていますので他の条件への拡張性にはちょっと疑問があります。
概要を示しますと
タンク内の流速:Va(m/s)=0
孔内での流速:Vb(m/s)
出口での流速:Vc(m/s)
流出量:Q(m3/s)=1.667×10^-5「厳密には空気は圧縮性流体ですが、ほとんど圧力差が無い為一定と置いています。」
孔の直径:d(m)
(A):収縮部摩擦損失[N・m/Kg]
Fa=K×Vb^2/2 (但しKは孔の形状(端の角度等)に依存しここでは0.5を使用)
ここでVb=4Q/(πd^2)より、Fa=(0.5×16/2π^2)×Q^2/d^4=7.036×10^-12/d^4
(B):孔(内)部摩擦損失[N・m/Kg]
Fb=2fLVb^2/d(=0)[L=0:管長(m),f:流動状態(層流、乱流)依存の摩擦係数]
(C):拡大部摩擦損失[N・m/Kg]
Fc=(Vb-Vc)^2/2
※ここでVcをどう仮定するかにちょっと問題があるかもしれませんが、Vbと等しいと置くとFc=0。
(あるいは開放系なのでVc=0と置く必要があるかもしれません。)
これらの合計がFtotal(=Fa[+Fb+Fc])となり、これに流体の密度(=1.205Kg/m3)を掛けた値が圧力損失(=10Pa)となります。
よってd=0.0009159(m)となりました。半分眠りながら、かなり古い知識を駆使して算出していますので(間違ったときのいい訳)、検算願います。
詳しいことを御調べになるのでしたら、化学工学系の入門書でもこの手の式は載っていると思いますが、流体力学系の方が詳しい解説があるかもしれません。
ps
流量Qを測定する場合にオリフィス計(orifice meter)と呼ばれる薄板に小さい孔を空け、その両側での圧力差(ΔP)から求めるものがあります。その式では
Q=C×S×√ΔP
S:円孔の面積
C:オリフィスの形状依存の定数
となるらしいので、ΔPを変化させてQを測定(あるいは逆)をすると、Sを実験的に求めることが可能かも知れません。
お礼
Zincerさん ありがとうございます。 頼ってばかりの自分に反省しながら、文献も探してみたのですが、 実験からオリフィス係数を求めるのが 良いようです。 ハーゲンポアズィユ(Hagen Poiseuille)等の公式や 薄板のような オリフィスとしての算出も 実験とのずれがあり これ以上掘り下げると 底なし沼になりそうです・・・涙。。 えらそうな顔をして他人に説明しようと思っていたのですが、怪しい部分は これ以上突っ込まず、収めようと思います。 今後ともよろしくお願い致します。