送風機

質問

現在使用している実験装置は流量を求めるためにコーナータップオリフィスを使用し，その前後の液位差をマノメータを用いて測定しております．マノメータには水が入れてあります．
そこで，送風機を作動させた所，液位差は210(mm)あり，圧力損失ΔPを求めると，ΔP＝ρgh＝997.0328×9.8×0.21＝2051.89(Pa)であり，その時の体積流量はQ＝0.004946(m3/s)であり，送風機の性能曲線でその流量の時の静圧を見ると，1900(Pa)です．
送風機の静圧よりもオリフィスで生じる損失の方が大きくなるのにどうして空気が流れるのかがわかりません．
どなたか教えていただけないでしょうか？

回答No.5

okormazd · ベストアンサー

ANo.2です。
続きです。

「100.7kPaとなり，大気圧よりも低い圧力になるので同じことなのでは？」

この計算が意味を成さないことは前回に言いました。したがって、大気圧より低いかどうかはわかりません。低いかもしれませんが、それがどうしたというのでしょうか。「だから空気を流すことができない」というのですか。

これは、ANo.1さんの言うように「原因と結果を逆に考え」ているからです。空気を流した結果、空気に流速を与えた結果、圧力が下がったのです。ANo.2の2.で説明したとおりです。圧力が下がっても流速があります。変(原因と結果を逆にするよう)な言い方ですけど、流速があれば空気は流れるのではないですか。

流体を流す力は圧力だけではありません。流体は、位置エネルギー、運動エネルギーそれに圧力のエネルギーを持ちます。これらのエネルギーは相互に変換しながら全体としては変わらず(実際には流れに伴って摩擦などでエネルギーを失うが) 流れているのです。したがって、他のエネルギーが増えれば圧力が下がります。それが大気圧以下になったからといって、流れなくなる原因にはなりません。

流速Uをさえぎって、止めれば、1/2*ρU^2の圧力(動圧)を生じます。全圧ということでいえば、
全圧＝静圧(あなたが大気圧以下だという圧力)＋動圧
です。

お礼

丁寧に説明して頂きありがとうございました．
とてもわかりやすくて，自分の勘違いに気づくことができました．

回答No.6

okormazd

AMo.2
です。
さらに続きです。

霧吹き知ってますか。口で吹くと水を噴霧する簡単な道具です。口の先の部分で流路が絞られて、勢いよく空気が流れます。別に水の容器があって水面は大気に開放されています。ここから吸い込み管が出て、気流の最も速い部分に口が開いています。したがって、水は2つの面に分けられて、一方は大気圧、もう一方は気流の速い部分の圧力に接しています。水が吸い上げられて霧になるのは、大気圧より気流の速い部分の圧力が小さいからです。気流の速い部分の圧力は大気圧より低いのです。それでも空気は流れて霧を発生させます。それも空気が流れているからです。気流がとまれば霧は出ません。吸い込み管の出口の圧力が高くなって大気圧と等しくなるからです。ANo.2の2.の説明のとおりです。
このとき、口の中の圧力が送風機の静圧です。これは大気圧より大きい。霧吹きの出口の外は大気圧です。したがって、圧力の高い方から低い方に空気は流れます。その途中の圧力(静圧)が大気圧より高いか低いかは流路の条件によるのでなんともいえません。
霧吹きは送風機にオリフィスをほとんど直結したような構造ですが、流路が絞られる前の管の圧力と口の中の圧力(送風機の静圧)は(差は小さいにしろ)違いますよとだけいっておきましょう。なぜかはこれまでの説明が理解できればわかるでしょう。

回答No.4

okormazd

ANo.2です。
ちょっと私をからかっているのではないでしょうね。
まじめな話とすれば、めちゃくちゃな計算をしていませんか。
仮に、あなたの計算がまともだとしても、その結果がどうしたというのでしょう。何を問題にしているのかわかりませんけど。

静圧は、絶対圧で、103.2kPaです。このときの流量だとこれだけの圧力で空気を送り出しているということです。

一方、あなたの計算の圧力損失はオリフィスの前の圧力と後の圧力との差です。したがって、オリフィスの前の圧力から、この損失を引けばオリフィスの後の圧力になり、意味がないとはいえない計算ですが、送風機の吐き出し圧力(静圧)からこの損失を引くと何になるのでしょうか。
ましてや、管路の圧力は、ANo.2の2.で説明したように、流速との兼ね合いなのです。流速が大きくなれば、圧力が下がる。それで飛行機が飛ぶのですが。

あなたの計算した圧力損失は、オリフィスの後の流速は、オリフィスの前の流速より大きいということ、その流速の差がどの程度なのかということを示しているだけです。だから、この圧力差を測定すれば、オリフィスの流量係数や管径などから、流速、流量を求められるのです。、送風機の静圧とはまるで関係ありません。

ここでは、オリフィスに至るまでの管路の長さや管径、管の材質、管挿入物の種類や数が不明なので、オリフィスの前の圧力を計算では求められません。したがって、オリフィスの後の圧力もわかりません。これを計算するときは送風機の静圧が関係します。

オリフィスの後の流速が大きく、圧力が小さいとしても、管路の終わりまでその状態が続くとは限りません。管径が大きくなって流速が小さくなれば、元に戻るかは別にして、圧力は回復します。

こんなたとえでどうでしょう。
月初めに100,000円持っていました。途中いくら使ったかわかりません。15日に15,000円使いました。15日の終わりにはいくら持っていたでしょう。計算できますか。100,000円－15,000円は何になるのですか。

回答No.3

take-1A

実験装置ということで、もしかしたら後方の排気ファンで引っ張られているのでは　・・・

回答No.2

okormazd

1.
普通、送風機の静圧はゲージ圧で示されます。ゲージ圧=絶対圧-大気圧です。しだがって、質問の場合、大気圧を101.3kPaとすると、絶対圧は101.3＋1.9=103.2kPaということになります。
一方、オリフィス前後の圧力差が、2.05kPaであったとしても不思議でも何でもありません。
1900(Pa)は、大気圧の1/50以下だから、これを絶対圧と考えると、そんな圧力で送風できないことは明らかではないでしょうか。

2.
流れのエネルギー収支は、ベルヌーイの定理によりますが、この質問の場合ごく簡単化(高低差、密度差、エネルギー損失いずれも無視）してあらわすと、管路の　(1)、(2)、2点間の流速と圧力は、

u1^2/2 + P1/ρ = u2^2/2 + P2/ρ

となって、管径の小大によりu1>u2になれば、P1<P2になるので、必ずしも上流側の圧力がいつも高いとは限りません。
しかし、これは管路の途中の話であって、1.とは直接関係ありません。

お礼

質問に回答して頂きありがとうございます．
疑問に思った点が１つありまして，ゲージ圧を絶対圧で考えてみても大気圧101.3kPa，送風機の静圧ー圧力損失＝100.7kPaとなり，大気圧よりも低い圧力になるので同じことなのでは？

回答No.1

Denkigishi

原因と結果を逆に考えると分からなくなります。
出口より入口の方が圧力が高ければ流体は高いほうから低いほうに流れます。一方オリフィス付近の管路の断面積は場所によって違うので、そこを流体が通る結果、圧力が高くなったり低くなったりします。
つまり内部圧力は流体が流れた結果生じたものです。
電気回路でも、コイルとコンデンサを直列にして交流を流すと、途中の電圧は電源電圧の数倍にまで高くなることがあります。全然不思議な現象ではありません。

お礼

質問に回答して頂きありがとうございました．
オリフィスの前後の圧力差をマノメータを用いて測定しているのですが，マノメータを設置してある位置を今よりも離して設置すれば良いということなのでしょうか？