配管の運動速度が流れに及ぼす影響

質問

定常状態で流れている配管において、配管が停止している場合と、上下左右などに動いている場合では、内部の圧力や流速の分布に、変化が出るものでしょうか？
瞬時流量を測定できてませんが、圧力を時系で見てますと、特に小流量の場合、配管が停止しているときに比べて、配管が運動すると、脈動が大きくなっているような傾向があります。
配管の運動速度または加速度が流れにどのような影響を及ぼすか、ご教示いただけたら幸いです。

追伸：　樹脂系ホースのため、曲がりなどによる断面積の変化の可能性も否めませんが、見た目で極端に折れ曲がっている感じではありません。

回答No.3

noname#230359

配管の剛性が低い場合は、管内の音速（圧力伝播速度）が下がりますので、配管剛性が変位によって、変わると、脈動周波数変化します。これは振動よりは変位に影響されると思います。変位位置ごとの配管剛性が計測できますか？　圧力の周波数応答を分析してみてはいかがですか。配管系の固有値が見つかるかもしれません。

回答No.2

noname#230359

Ｓ字に振動すると、配管の各部分にその箇所の加速度に相応する圧力が配管の管壁があるゆえ発生します。
加速度作用部分から加速度がかからない部分への逆流を起こし兼ねないような、配管圧力勾配の局部的異常が発生していると思われます。
即ち、イメージ的には、加速度作用部分の流体がプラグ（栓）になり、配管内の流れが一瞬止まるようなことが起こるのではないでしょうか。
勿論、加速度が小で、流体密度が小さく、配管径が細ければその現象は無視できるでしょう。

なお、上記は、水平面上でＳ字に振動する場合について述べました。

お礼

ありがとうございます。現象のメカニズムはイメージできました。

流れと直角方向の加速度が作用している部分の圧力分布がどのようになっているか、予測（算出）できるとよいのですが.....

回答No.1

noname#230359

速度は影響しませんが、加速度は影響あります。
拘束条件が　配管と流体で異なるために、相対的な運動が生じます。
配管の直角方向は、配管剛性が高いとして無視し、長手方向の加速度　a
に対して、配管内の流体質量　m は　f=-ma の慣性力をうけ、　配管流路面積S　として　p= ma/S の圧力変化となります。（管路端にて）

流体の粘性を無視すると　上記圧力でつりあいます。　粘性があればその分
圧力ではなくて　管内摩擦となり、圧力変化は少なくなり、変動速度依存性がでてきます。

お礼

ご回答ありがとうございます。
ただ、動きとしては流れと直角方向の要素が大きく、またホースのため、それ自身の剛性は、高くありません。
説明が足らなかったのですが、液体供給元は固定され、吐出される側が右、左と動くようなイメージで、極端にいうとS字になるような動きになります。
限られた間隔を往復運動するようになるので、加速、減速します。
非常に流速が遅く層流と思います。
こうした状態でも、流れと直角方向の加速度の影響を受けるものでしょうか？

運動状態のホース内径が確認できず、流量（流速）も吐出部分では確認できないのですが、見た目ではホースが折れ曲がったりして流れが止まったようには見えないものの、遅いときはどうも”息継ぎ”しているな感じであり、流速が早いときは比較的安定しているように見受けられます。