ノズルから散水された水圧の計算

質問

直径5ｍｍのノズルから散水角度10°、0.25Ｍｐａ、20.5Ｌ/minで散水しています。30ｃｍ離れた壁に当たった時の水圧を計算したいのですが、計算方法が分かりません。どなたか教えて下さい。よろしくお願い致します。

回答No.1

noname#230359 · ベストアンサー

計算方法までは説明できませんが、小生が作成していたプログラムで計算した結果をお知らせします。
ノズル径＝0.5ｃｍ
水量＝20.5L/min
水頭＝0.255ｍ（0.25Mpa）
ノズルからの距離＝0.3ｍ
ノズル＝標準
として
初速度＝2.1m/sec
30ｃｍ位置中心速度＝0.218m/sec
30ｃｍ位置での1/2中心速度幅＝5.8ｃｍ
直接の回答にはなりませんが、壁に当たった時の水圧が推察出来ると思いますので参考にして下さい。

お礼

非常に困っておりましたので、大変助かりました。
教えていただきました結果を基に検討を進めさせていただきます。
専門外の検討がどうしても必要となり、方々探してみましたが、素人が
計算できるレベルのものではないと分かり八方塞りでした。。。
お忙しいところ、時間を割いて計算いただきありがとうございました。

回答No.2

noname#230359

先ず、ノズルから出る散水の流速を求めます。
ベルヌーイの定理より、圧力水頭を速度水頭に変換します。
昔人間なので、以下をMKS単位で記述します。

圧力水頭 ＝ 速度水頭
P（圧力）kg/m2÷γ（比重量）kg/m3＝ v（速度）m/sec × v（速度）m/sec ÷〔2×g（重力加速度）m/sec2〕
圧力が0.25（MPa）なので、0.25×1,000,000÷9.8 ⇒ 25500kg/m2となり、
v（速度）m/sec ＝ √25500kg/m2÷1000kg/m3×（2×9.8m/sec2）≒ 22.3m/sec

そして、散水が30cm離れた壁に到達時の速度を求めます。
ノズルの向きで、重力加速度がどの方向に働くか考えて、ベクトル計算します。
散水角度10°は、無視した方が解かり易いと思います。

次に、壁に当たる直前の散水エネルギーを求めます。
散水のエネルギー（kg・sec）は、〔 重さ（W）kg÷重力加速度（g）m/sec2 ×速度（v）m/sec 〕で求まり、
1sec 辺りの散水量は、20.5?/min÷60sec/min ⇒ 0.34?/sec ⇒ 0.34kg/sec ⇒ 0.34kgとなるので、
0.34kg÷9.8m/sec2×22.3m/sec（実際は重力加速度を加えた速度）⇒0.77kg･secとなります。

最後に、散水が壁に当たる（ベクトル計算した）方向と壁の向きで、壁が吸収するエネルギーを求め、
壁の取付仕様を含めた水撃係数を資料又はネット検索して、0.77kgを何倍するか決める事になります。

その後で、散水角度から計算した散水面積を求めて割れは、壁に当たる圧力が出ます。

頑張って、関連資料を観て、解かるまで反復して下さい。

お礼

計算式も順序だてて、単位も都度記載いただき、計算の流れが把握でき
大変分かり易かったです。
専門外の計算がどうしても必要となり困っておりました。最終的には
検討書資料として提出せねばなりませんでしたので、大変助かりました。
アドバイスの通り、私自身でも関連資料と照らし合わせながら、自分の
実になれば、と思います。
この度は貴重なお時間を割いてご回答いただき、大変ありがとうござい
ました。