圧損

2016年9月18日 (日) 12:29時点における最新版

（あっそん）

流体が配管などを通過する際に失うエネルギー量のことです。

エネルギーの単位はJ（ジュール）で表され、単位体積1m3あたりのエネルギーは、J/m3＝N・m/m3＝N/m2＝Pa となり、

圧力＝単位体積あたりのエネルギーとなります。

よって、圧力損失とは、エネルギー損失ということになります。

流路内で失うエネルギーは主に、「壁面での摩擦損失」と「乱れ（渦や乱流）」に分けられます。

壁面での摩擦損失＝

流体も流路壁面に対して運動していますので、摩擦が発生し、この摩擦力によりエネルギーの損失が生じます。

流体の場合、摩擦力は単位体積あたりの摩擦力（正確にはせん断力）、

（ここに式）

で表されます（上式をニュートンの粘性法則といいます）。

上式でμは粘度、du/drは流路壁面での流体の速度勾配を差します。つまり、

・粘度が大きい

・流速が大きい

ほど、摩擦力（圧力損失）が大きいということになります。

円管の場合、摩擦圧力損失[ΔP]は、

（ここに式）

で表され、さらに層流（流体が規則正しく流れている）の状態だと、

（ここに式）

λ：管摩擦係数、l：配管長さ、d：配管直径、ρ：流体密度、u：平均流速、Re：レイノルズ数となります。 詳しくは、移送の学び舎　流体って何？（流体と配管抵抗）をご覧ください。

乱れ（渦や乱流）

壁面での摩擦損失の他に流路内で失うエネルギーとして「乱れ（渦や乱流）」があります。

これは大きく2つに分けられます。

A) 渦

断面が急変したり、管が曲がったりする場合、渦が発生します。

この渦は主の流れとは関係がなく、グルグル回るだけなので、エネルギーの損失が生じます。

渦が発生する場所の図

B) 乱流

層流がまっすぐ流れるのに対し、乱流は前には流れているもののミクロ的にみると各流体微粒子が前後左右に好き勝手に流れている状態をいいます。層流と比べ、エネルギーを失うことになります。

層流と乱流の図

（ここに図）

この乱流が発生するかどうかを示す指標がレイノルズ数です。

円管以外の流路の場合

ぬれぶちの説明図円管以外の断面の流路でも①～④式は成立します。

①式は単位面積あたりに働く摩擦力なので、同じ流路断面積であれば流路壁の長さが長いほど、全体として働く摩擦力は大きくなり、圧力損失は大きくなるということになります。

（ここに図）

但し、m＝A/s、A：流路断面積、s：ぬれぶち長さ（流路断面で流体に接している壁面の総長さ）、として、直径dの代わりに4mを用いて求めます。

※ぬれぶち長さとは、例えば右図のような二重管の場合、水色の部分が流路とすると、赤線の長さの和をいいます。

このとき、

（ここに式）

で表すことができます。