「圧力損失」とは？メカニズムや損失の低減策を解説

圧力損失とは何か？

管路内を流れる流体は、壁面との摩擦や形状変化によって抵抗を受け、圧力が低下します。
この現象を「圧力損失」と呼びます。

圧力損失は、エネルギー損失として捉えることもできます。
流量や効率の低下、ポンプの動力消費量の増加などに繋がるため、流体システム設計において重要な考慮事項となります。

摩擦損失のメカニズム

構造物の設計・開発において、CAE解析は必須の技術です。

CAE解析には、静的解析と動的解析の2種類があり、それぞれ異なる荷重条件と時間経過を考慮した解析を行います。

摩擦損失の計算式

摩擦損失は、以下のダルシー・ワイスバッハの式で計算することができます。

ΔP = (λ f L) / d

ここで、
ΔP：摩擦損失 [Pa]
λ：管摩擦係数 [-]
f：摩擦抵抗係数 [-]
L：管路長 [m]
d：管路内径 [m]
となります。

管摩擦係数λ

管摩擦係数λは、流体の粘性、流速、管路粗さによって決まります。
層流と乱流で計算式が異なります。

摩擦損失に影響を与える因子

摩擦損失は以下の因子によって影響を受けます。

• 流体粘性: 粘性が高い流体ほど摩擦損失が大きくなります。
• 流速: 流速が高いほど摩擦損失が大きくなります。
• 管路長: 管路長が長いほど摩擦損失が大きくなります。
• 管路内径: 管路内径が小さいほど摩擦損失が大きくなります。
• 管壁粗さ: 管壁粗さが大きいほど摩擦損失が大きくなります。

摩擦損失を低減する方法

摩擦損失を低減するには、以下の方法があります。

• 粘性の低い流体を使用する流速
• 流速を下げる
• 管路径を大きくする
• 管壁粗さを小さくする

CAE解析を活用することで、上記の方法をより効果的かつ効率的に検討することが可能です。

まとめ

摩擦損失は、流体システム設計において重要な要素であり、理解と対策が不可欠です。

弊社は、お客様のニーズに合わせた最適なCAE解析サービスを提供いたします。

長年の経験と実績に基づいた解析技術と、高度なCAEツールを活用することで、摩擦損失を低減し、システムの効率と性能を飛躍的に向上させることができます。