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風呂桶の水の流れる量を管理する方法
- 風呂桶の水の管理方法について質問です。風呂桶に水を張る際、溢れないようにするために、配管から水を捨てる必要がありますが、捨て配管を流れる水量の計算方法がわかりません。水圧がかからないため、どのように考えれば良いか教えてください。
- 風呂桶の水の流れる量を管理する方法について教えてください。水を風呂桶に入れる際、水を捨てるために配管を使用しますが、水圧がかからないため、どのように計算すれば良いのかがわかりません。バランスを取りながら水の流れを管理するにはどうすれば良いでしょうか？
- 風呂桶の水の流れる量を管理する方法について教えてください。水を入れる量と捨てる量をバランスさせながら、溢れないようにするためにはどのように計算すれば良いのでしょうか？水圧がかからないため、捨て配管を流れる水量の計算方法についても教えてください。
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ハーゲンポアズイユは、円管内の流速分布が円管径の二次関数で表され、かつ層流の条件下で成り立つ式であり、更に流入及び流出部の圧力がわからないと計算ができないので、上記問題には適応させにくいです。貴殿の問題は、ベルヌーイの法則の応用である程度対応できると考えられます。 タンク底面を基準とした時、水面の高さをH、パイプ流出部の高さをhとした場合、流出部での流速Vは、ベルヌーイの法則を使えば、V=√{2g(H-h)} (g:重力加速度,H > h)となります。従って、流速Vにパイプ断面積を掛けてやれば、体積流量が計算できます。但し、損失は無視していますので、御注意を。 また、これも損失を無視して考えた場合ですが、タンクに流入する流量をQ、タンク断面積をS、パイプ断面積をSpとすれば、ある時間tでの水面高さHは、 S・(dH/dt) = Q - Sp・√{2g(H-h)} なる微分方程式をHについて解くと計算できます。ただ、これは水面上昇速度が非常に小さい場合に成り立つことになります。
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回答(6)のminaさんの仰るようにベルヌーイで対応できる範囲かと思います。 ただ、バルブの損失ぐらいは考慮したほうが良いかもしれません。 ある高さＨよりも水面を上げたくない、ということであれば、そのＨでminaさんの方法で排出される流量Qoutを求めて、その流量が冷却に必要な流量Qinよりも多ければ設計としては問題なしかと思います。 もしもQin>Qoutであれば、水位が上がりますので、排出配管のサイズアップが必要です。 Qout>>>Qinであれば損失を無視しても良いかもしれませんが、そうでない場合は、損失を考慮して計算したほうが良いかと思います。(損失を無視するとQoutが大きめに出ますので設計としては危険サイドです。) 損失係数は、ハンドブック類に記載されていると思います。 損失を考慮した上で、Qout<Qinとなるようであれば、配管のサイズアップの他に、スライド弁など損失の少ないバルブを使用してQoutを上げるという方法もあるかと思います。
この件に関しては素人ですが、開放の水面には1気圧がかかっていますよね、そこへ流れ込む水の量の問題だと思います。 もしこれが水道水なら、平均的な加圧は1.1から1.3だと記憶しています。 だから、供給側配管に対して吐水側の内径をそれ以上に広くしてやれば良いのではないでしょうか。 いっそ、気密のできるふたをつけてしまうというのはどうでしょう、話はもっと簡単になる様に思いますが。
補足
水圧や空気圧（正圧）は、大気圧を基準として考えるので、 開放の水面には、０気圧しか掛かってないのじゃないでしょうか？？？ 水道圧の1.1～1.3と言うのは、大気圧を０として考えてます。 ちなみにうちのは循環水なので2～3kgf/cm2は掛かります。 単純に水圧が３倍なので直径が３倍で良いのかどうか、 下の方々の難しい式を使って計算して見ます。 皆様、ありがとうございました。 計算出来たら、解決にします。 気密のフタを付けるには、 水圧に耐えうる、それなりの容器にしなければならないので、、、、 実験用の設備なので、安価にと考えているのです。
Manning(マニング)式 Q=AV V=1/n・R^2/3・I^1/2 Q:流量 A:流水の断面積 V:流速 n：粗度係数 R：水深 P:流水の潤辺長 I:勾配 25mmだと３L/mln位ではないでしょうか？ オーバーフロー管に立ち下がりがあるとサイフォン作用が起こり、流量は増えます。
ぶひょんさんの質問とはずれてしまうかもしれません この場合排水量はパイプの径で決まってきますが、入水量はどのように制御されるのでしょうか？ 工場配管から直接取るのであれば、他配管との兼合いで流量が安定しないような気がします。 もしも、空間に余裕があるのであればバッファ(on-off制御)を設けておき1インチの出口(タンクの入り口になる)と繋げておけば出入口の水量が一定となる気がします。 (素人考えで申し訳ないですが…イメージです)
ハーゲンボアズイユの法則をネットで検索してください。 理論が乗ってます。難しければ、水であれば水道器具メーカ等のカタログのグラフを参照してください。
希望コストがわかりませんが、工業用で使用するなら低圧用で 羽車式流量計があります。メスねじ込み型で1インチで（水道水）190L/min位まで測定できます。それを制御する物もあります。目視型流量計は低価格です。ﾒｰｶは日本ﾌﾛｰｺﾝﾄﾛｰﾙ?
補足
解りにくくて、すいませんです。 捨てた量を知りたいのではなく、 このパイプの直径ならば、 どれだけの量が捨てられるか？ を知りたいのです。 これからタンクを設計するので、 水捨て用パイプの直径をどれくらいにしたら良いか悩んでるのです。
フロートスイッチを取り付けてはどうですか？ フロートスイッチで入る水をＯＮ/ＯＦＦする方が簡単のような。 フロート（浮き）が上がれば水/ＯＦＦ 下がれば水/ＯＮです。
補足
回答ありがとうございます。 仰る事は、もっともなのですが、、、 タンクに水を入れる目的は、タンク内の水温を下げるためなのです。 簡易循環水システムの水タンクを作りたいのです。 止めてしまいたくないのです。 ＯＮ－ＯＦＦよりも一定量を流し続けたいのです。 通常は、水は入れないのですが、 水温が上がったら、水を入れるのです。 最大どれだけの水を入れられるか すなわち、どれだけの水がオーバーフローで捨てられるか？ を計算で出したいのです。 熱量の計算は何とか出来るのですが、 最初でつまづいており苦慮してます。
補足
回答(6)のminaさんのベルヌーイで計算しますと、 ２５Ａのパイプで、 パイプよりも水面が100mm上昇した状態で、 ４１Ｌ／ｍｉｎとなりました。 この位は流れそうかなと思います。 安全を見て、５０Ａで組んで置こうかなと思います。 mina様と皆様、ありがとうございました。