そのようなエネルギー損失を図式しますと下記のようになります。
なお標準1気圧=101.3KPaの時の比重は下記のようになります。
流体 | 温度(度C) | 比重(水の4度C時の密度ρとの比) |
海水 | 15 | 1.01〜1.05 |
水 | 15 | 0.999 |
グリセリン | 15 | 1.264 |
ベンゾール | 15 | 0.884 |
原油 | 15 | 0.7(or0.8)〜1.0 |
ガソリン | 15 | 0.66〜0.75(規定値0.783以下) |
ディーゼル軽油(軽油) | 15 | 0.82−0.84(0.80−0.88) |
灯油(燈油) | 15 | 0.78−0.84 |
植物性油 | 15 | 0.91〜0.97 |
動物性油 | 15 | 0.86〜0.94 |
エンジンオイル | 15 | 0.86〜0.88 |
純硫酸 | 20 | 1.831 |
こういった管路で生じるエネルギー損失(圧力降下)はダルシ・ワイズバッハの式で表されます。
hf:摩擦損失ヘッド(m)
λ:管摩擦係数(レイノズル数=Re数と管壁の粗さに関係する)
d:管の内径(m)
l:管の長さ(m)
v:流体の平均流速(m/s)
g:重力加速度=9.81(m/s2)
と言う式になります。
流れが層流の場合はハーゲン・ポアズイユの式になり
λ=64/Re数にするとよく、
乱流の場合はブラジウスの式
3*103<Re<1*105の範囲では、λ=0.3164/Re1/4
1*105<Re<1*106の範囲では、λ=0.0032+0.221/Re0.237
など、計算で近似値を出せるようになっています。
層流になるのは、真直ぐな管内で起こりやすく、管の軸方向へ流体粒子が移動するのですが、
実際は理想的な層流になることは難しく、管の側面に垂直の分速度を持っている場合がほとんどです。
空気の流れ自体も一様には流れないことが現実です。
摩擦損失ヘッド(m)は損失係数ζにv2/2gを掛けた形で表され、
管路の形状によって下記のような損失係数ζが見積もられることになります。
なお、配管の摩擦などは内部を流れる流体に添加剤(高分子)を加えることで
変化することがわかっています。おおむね流動性を高めるために使用されています。
管の壁近くには特殊な領域があり、乱流による渦が発生していますが、
それが乱されて流体と壁の摩擦が影響を受けています。
ただ、この摩擦力の減少が「乱流境界層の構造変化」によるものでない事が、
図のp3とp4の間の摩擦力が低減していることで確認できます。
工事中