水量と口径から水力を求める方法

質問

１分間あたりの水量と蛇口の径がわかっている場合、管内の圧力を導き出す計算式を教えていただけないでしょうか。

例えば、IPX5の防水試験規格　水量12.5L/min　蛇口径6.3mmの場合、管内の水圧はいくらになるのでしょうか？
教えて下さい。

回答No.1

noname#230359 · ベストアンサー

蛇口からの水量がQ＝12.5L/min＝2.08E-04m3/S　蛇口径D＝6.3mm
蛇口面積A＝0.0000312m2
蛇口部の流量係数η＝0.95(仮定）
大気中への流出の場合　流量Q＝ηAV＝ηA√2gh　
したがって管内圧力水頭は　h＝2g･(Q/ηA)^2＝2.06m　
と計算できます。この結果は蛇口近傍の圧力であり、配管が長いと圧力損失
分が静圧として働きますのでその分だけ圧力は高くなります。

ご指摘どおり　h=(Q/ηA)^2/2gが正解です。

下記実験式が紹介されています。
オリフィスの流量係数
http://www.mech.tohoku-gakuin.ac.jp/aaaa/akira/orifice.html

調節弁における流量係数
http://home.catv.ne.jp/dd/ymnk/pdf/setubi/69cv.pdf

お礼

ご回答ありがとうございます。

>したがって管内圧力水頭は　h＝2g･(Q/ηA)^2＝2.06m　
h=(Q/ηA)^2/2gの間違いですかね？
この式で計算すると、2.52mとなりました。

ちなみに流量係数は経験値・実験値になると思うのですが、大雑把な蛇口形状に対して一般値のようなものはあるのでしょうか。
例えば、口が広がっている場合は1.2、口が狭まっている場合は0.8など、

URLありがとうございました！
とても助かりますm(_ _)m

回答No.2

noname#230359

トリチェリーの定理やベルヌーイの定理で計算します。
圧力は、水の高さに例えます。水柱10mにつき1kg/cm2の圧力が増す、
10m潜る毎に1kg/cm2の圧力が増す、等々で。
トリチェリーの定理は、流速Vm/sec＝√2g×水頭Hm
ベルヌーイの定理は、V×V÷（2g）＝Z＝P÷（ρg）のV×V÷（2g）＝Z
が流速Vm/sec＝√2g×水頭Zmとなります。
計算は、水量12.5L/min⇒0.0125m3/min⇒0.000208m3/sec、
蛇口径6.3mmの断面積はπ/4×0.0063m×0.0063m＝0.0000312m2なので、
0.000208m3/sec（流量）÷0.0000312m2（断面積）＝6.67m/sec（流速）
となります。そして、ベルヌーイの定理 V×V÷（2g）＝Zを使用して、
（トリチェリーの定理を移項しても可です）
6.67m/sec×6.67m/sec÷（2×9.8m/sec2）＝2.27m
水柱は10mで1kg/cm2なので、0.27kg/cm2の圧力が掛かっています。

以下URLに関連の資料も掲載していますので、参考にして下さい。

参考URL：

http://irws.eng.niigata-u.ac.jp/~chem/itou/fl/fl3.html http://fluid.mech.kogakuin.ac.jp/~iida/Lectures/nagare/2004/lec/n

お礼

毎度詳しく教えていただき、ありがとうございます。
URLも掲載していただき、とても勉強になりますm(_ _)m