水圧について

質問

水圧と流速について教えて下さい。

流量＝パイプ内径×流速という事ですが、この場合、水圧はいくらになるか求める事は出来るのでしょうか？

他に条件が必要ですか？

よろしくお願いします。

回答No.2

el156

#1のお礼の質問にお答えします。「ポンプ出口で0.2Mpa」と書いてある場合、普通はポンプの出口の静圧が大気圧よりも0.2MPaだけ高いことを意味します。入り口のその他の場所の圧力のことは言っていないと思います。

お礼

ありがとうございました。

回答No.1

el156

できません。

まず、水は位置の高い所から低い所へ流れます。高さが同じでも圧力の高い所から低い所へ流れます。圧力と高さが同じでも勢いがあれば流れ続けます。この3つの合計によって、どちらへ流れるのか決まります。夫々水の単位量当たりの位置エネルギー、圧力エネルギー、運動エネルギーに由来します。水力学を扱う方は、普通これを水の「高さ」の次元に換算して計算します。それぞれ位置水頭、圧力水頭、速度水頭といいます。後2つを圧力の次元にしたものは、それぞれ静圧、動圧と呼びます。
流速が十分遅ければ速度水頭(動圧)は無視できます。高さを同じに合わせれば位置水頭を考えなくて済みます。その場合流れる向きは上流側と下流側の圧力「差」で決まります。圧力ではありません。上流も下流も同じように圧力が高ければ水は流れません。上流の圧力が非常に低くても、下流の圧力が更に低ければ水は流れます。その際の流量の大きさは圧力差と流路の抵抗で決まります。圧力差が大きければ大流量で流れますし、同じ圧力差なら流路の抵抗が小さい程大流量に、大きい程小流量になります。流路の抵抗の大きさを決めるのは、円管だとすれば、直径と長さと流す液体の粘度です。太く短い程抵抗は小さく、細くて長い程抵抗が大きくなります。液がサラサラなら抵抗は小さく、液の粘度が高ければ抵抗は大きくなります。温度が上がれば液がサラサラに向かうので流路の抵抗は小さくなる方向へ向かいます。
流路の断面と液体の粘度がわかれば単位長さ当たりの流路の抵抗を計算できます。流速が速く管が比較的細いとき、流れの速さは管の壁面でゼロになり中心近くで最大になるスムースな分布となります。これを層流と言います、層流の範囲では管の抵抗は理論式で求めることができます。この理論式をハーゲン・ポアズイユの式といいます。流速が速かったり管が太い場合はダルシー・ワイズバッハの式と、実験的に求めた係数を使うことができます。層流でない場合でも、シミュレーションを使えば計算で理論的に抵抗を求める事ができますが、層流でない場合に解析的に計算で求めるのは困難です。層流になるかどうかには粘度も関係し、粘度が高い程層流になり易くなります。この指標はレイノズル数と言って、流速、管の直径と液の粘度から計算する事ができます。
大雑把にはこんなところだと思います。

お礼

丁寧な回答ありがとうございました。

更に教えて頂きたいのですが、「ポンプ出口で0.2Mpa」と書いてある場合、圧力差が0.2Mpaという事でしょうか？その場合、ポンプ入口出口の差が0.2Mpaという事でしょうか？

トンチンカンな質問かも知れませんがよろしくお願いします。