圧力損失のイメージ

質問

私は大学で電気の勉強をしたのですが、現在、分け合って圧力損失なるものについてある程度理解する必要が出てきました。

　厳密な意味での理解は時間がかかるので、ざっとイメージを掴みたいのですが、

　気体が微笑な隙間を流れる際に生じる圧力損失をイメージするとき

　ガスの流れ　＝　電流の流れ
　圧力損失　　＝　電圧低下（逆起電力・電圧）
　流路抵抗　　＝　電気抵抗

というふうにみなして考える事はできますか？
オームの法則や、直列抵抗、並列抵抗の計算方法などは、どうも共通点があるように思えます。

　的外れでしたら、ぜひご指摘願います。
また、いいところを付いているが、厳密には違うということであれば、最も重要な相違点を教えていただければ幸いです。

回答No.2

N64 · ベストアンサー

配管損失は流量の二乗に比例する（非線形）ので、簡単なアナロギーにはなりませんが、制御の問題で、非常に狭い流量変動範囲で線形化して解析する場合は、ご想像のようになるといえると思います。このことは、もう今は、図書館にでも行かないとないと思いますが、自動制御の数学 高橋利衛著に記載されています。

お礼

ご回答頂き、大変ありがとうございます。

配管損失（＝圧損）は流量の二乗に比例する

ということですか。流量が一定であれば、圧損も一定ということになって、オームの法則的な話ができそうでしょうか。

有難うございました。

補足

ガスを一つの入口から入れて、二つの異なる経路を通って同じ出口から出る場合を考えます。

第１経路
ＩＮ→抵抗体１（多孔体など、抵抗係数Ｒ）　→　抵抗体２（抵抗係数Ｒ２）→ＯＵＴ
第２経路
ＩＮ→抵抗体３（多孔体など、抵抗係数Ｒ３）→ＯＵＴ

この場合、第１経路と第２経路との間で、圧力損失ΔＰは同じになると考えられますか？

電気の世界では、これは並列抵抗の例ですので、ＩＮとＯＵＴの間は、第１経路、第２経路ともに電圧が同じとなります。

このように、単純に近似できるのでしょうか？

回答No.4

N64

>圧損が流量の二乗に比例すると言うのは、
そうです。しかし電気の抵抗に相当する抵抗係数は、常に一定ではなく、条件によって変わります。以下は、最初のご質問の趣旨からだいぶ外れるので、読まなくても結構ですが、その条件の主なものはレイノルズ数です。一般の配管設計の条件になるレイノルズ数の範囲、いわゆる乱流域では、抵抗係数はほぼ一定とみて大きな間違いではありません。そのため、配管抵抗は、抵抗係数を係数として、流量の二乗に比例することになります。しかし、レイノルズ数が非常に低く、いわゆる層流といわれる領域では、抵抗係数はレイノルズ数に反比例します。また、層流域から乱流域への間は、かなり複雑な変化を示します。このような場合は、レイノルズそのものが流速に比例するので、抵抗が流量の二乗に比例することにはなりませんが、抵抗係数を使う限り、電気の電圧降下に相当する抵抗の式はやはり、同じ式を使います。

お礼

うーむ、そろそろ私の知らない事柄が沢山出てきたようです。ずいぶんと、奥が深いんですねー流体の世界は。
初心者の私なので、理解できるかわかりませんが、色々教えていただけるのは大変ありがたいです。

回答No.3

N64

>流量が一定であれば、圧損も一定ということになって、オームの法則的な話ができそうでしょうか。
これは、電気の場合に電流一定ならどうでしょう、というのと同じで、こういう言い方は不適切かも知れませんが、オームの法則が存在する意味もなくなってしまうのではないでしょうか？そういう意味でおっしゃったのではないにしても、流体の場合は比例関係ではないのですから、流量を直接電流に当てはめることには、無理があると思いますよ。

お礼

ちなみに、圧損が流量の二乗に比例すると言うのは、

ファニングの式
http://www.tomoeshokai.co.jp/tec_info/other/calculation.html

のことでしょうか。圧力損失の計算式は、配管の場合は、このファニングの式を用いるのが常識ということなのでしょうか。

下記に述べたような、スポンジとかの多孔体内をガスが流れるようなモデルでは、また違うのでしょうか（ＣＦＤ解析するのでしょうけれども）。

補足

＞オームの法則が存在する意味もなくなってしまうのではないでしょうか？

良く考えて書くべきでした。かなり見当違いのことを書いてました。赤面ものです。

実際には、下記の補足で書かせていただいたようなことを考えていました。

流路抵抗の異なる二つの経路があって、ＩＮとＯＵＴの間を流れるガスの流量を一定に保った場合、両経路の圧力損失が等しくなるところでバランスする（そのようになる流量にガスが各経路に分配される）と想像していました。

回答No.1

mii-japan

電気を専攻されたのならば、「等価回路」をご存知だと思います
それでいかがですか

補足

すみません。知識不足の私には、情報量が十分でないみたいです。

等価回路の考えかたは、「ある部分回路について、外部から見たらどう見えるかのみを考慮して、入出力が等価な回路がそこにあるようにみなす」ことだと思っています。

等価回路の考え方に則れば、私としては、質問に記載した類似が適用できるように思うのですが、回答者の方の伝えたいことを、正しく理解できているかがわかりません・・・。