圧力損失 計算：まっすぐな配管の摩擦損失
この圧力損失 計算ツールは、KSB ポンプ用語集のダルシー・ワイスバッハ式と、米国環境保護庁 EPA の EPANET 2.2 の管摩擦係数の式を使います。例：内径 80 mm・長さ 100 m の鋼管に水を 20 m³/h 流すと、損失ヘッドは 1.64 m、圧力損失は 0.161 bar です。
計算例：流量 Q 20 m³/h · 内径 d 80 mm · 管の長さ L 100 m · 管の材質（新管の粗さ）: 鋼管（0.046 mm） · 動粘度 ν 1 mm²/s · 密度 ρ 1,000 kg/m³ → 圧力損失：圧力損失 0.161 bar（損失ヘッド 1.64 m）。出典：KSB Centrifugal Pump Lexicon, “Head loss”: H_v = λ · (L/d) · v²/(2g), v = 4Q/(πd²), Re = v·d/ν (water 20 °C: ν = 1.00 · 10⁻⁶ m²/s), laminar λ = 64/Re, valves and fittings H_v = ζ · v²/(2g); 5 % smaller bore → up to 30 % more head loss (read 09.10.2026)。更新日：
計算方法
損失ヘッド = λ ×（L ÷ d）× v² ÷ 2g。KSB が円形断面のまっすぐな管について示すダルシー・ワイスバッハ式です。v は流速 4Q ÷（π d²）、L は長さ、d は内径、g = 9.80665 m/s²。これに密度と g を掛けると圧力損失 Δp = ρ · g · H になります。
管摩擦係数 λ の求め方
λ はレイノルズ数 Re = v·d/ν と相対粗さ k/d で決まります。本ツールは EPA のソフト EPANET 2.2 と同じ 3 つの式を使います。Re 2000 未満は層流の 64/Re、Re 4000 を超えるとコールブルック・ホワイト式のスワミー・ジェイン近似 λ = 0.25/[log(k/3.7d + 5.74/Re^0.9)]²、その間は 3 次補間です。新管の粗さは EPANET 表 3.2（単位は 1/1000 フィート）の値です：鋼 0.15、鋳鉄 0.85、亜鉛めっき 0.5、樹脂 0.005、コンクリート 1.0～10。
計算例（水、ν = 1.0 mm²/s、1000 kg/m³）
| 流量 | 内径 | 長さ | 管 | λ | 圧力損失 |
|---|---|---|---|---|---|
| 20 m³/h | 80 mm | 100 m | 鋼管 | 0.0210 | 0.161 bar |
| 10 m³/h | 50 mm | 50 m | 鋼管 | 0.0229 | 0.229 bar |
| 5 m³/h | 40 mm | 30 m | 樹脂管 | 0.0215 | 0.098 bar |
| 50 m³/h | 100 mm | 200 m | 鋳鉄管 | 0.0261 | 0.818 bar |
ν = 100 mm²/s・900 kg/m³ の粘い油は層流になります。内径 50 mm・長さ 20 m の管に 2 m³/h なら Re ≈ 141、λ = 0.4524、0.065 bar です。
内径・粗さ・継手の影響
KSB によると、内径はほぼ 5 乗で効くため、内径が 5 % 小さいだけで損失は最大 30 % 増えます。最初の例で 80 mm を 76 mm にすると 0.161 bar が 0.207 bar になります。粗さ k = 0.3 mm の古い鋼管なら 0.225 bar です。エルボや弁は Σζ · v²/2g として加えます。EPANET 表 3.3 では、例えば短曲率エルボ 0.9、全開の仕切弁 0.2、入口 0.5、出口 1.0 です。Σζ = 3.5 なら最初の例は 1.86 m、0.182 bar になります。
流速と管径から流量を求めるには管の流量計算、流れの状態だけならレイノルズ数の計算、必要なポンプ動力はポンプ動力の計算を使ってください。
よくある質問
配管の圧力損失はどう計算しますか？
v = 4Q/(πd²)、レイノルズ数、管摩擦係数 λ を求め、H = λ · (L/d) · v²/2g、Δp = ρ · g · H とします。内径 80 mm・100 m の鋼管に 20 m³/h なら 1.64 m、0.161 bar です。
管摩擦係数はどの式で求めていますか？
EPANET 2.2 と同じく、層流は 64/Re、Re 4000 を超える乱流はスワミー・ジェイン式、その間は補間です。
粗さはいくつを入れればよいですか？
新管なら EPANET の値：鋼 0.046 mm、鋳鉄 0.26 mm、亜鉛めっき 0.15 mm、樹脂 0.0015 mm。古い管はもっと粗く、KSB は少しスケールの付いた鋼管を 0.30 mm としています。
なぜ内径の影響が大きいのですか？
損失ヘッドは内径のほぼ 5 乗に反比例するからです。KSB によれば内径 5 % 減で損失は最大 30 % 増。例では 0.161 bar が 0.207 bar になります。
エルボや弁の損失はどう入れますか？
損失係数を合計して Σζ に入力します。ひとつごとに ζ · v²/2g が加わり、Σζ = 3.5 で例は 1.64 m から 1.86 m になります。
水以外の液体にも使えますか？
はい。ダルシー・ワイスバッハ式はどの液体にも使えます。使用温度での動粘度と密度を入力してください。結果は満管・定常流での計算上の値で、気体では目安にとどまります。
出典・根拠
- KSB Centrifugal Pump Lexicon, “Head loss”: H_v = λ · (L/d) · v²/(2g), v = 4Q/(πd²), Re = v·d/ν (water 20 °C: ν = 1.00 · 10⁻⁶ m²/s), laminar λ = 64/Re, valves and fittings H_v = ζ · v²/(2g); 5 % smaller bore → up to 30 % more head loss (read 09.10.2026)
- U.S. EPA, EPANET 2.2 user manual (Spanish edition): Table 3.2 Darcy-Weisbach roughness of new pipe (10⁻³ ft), Table 3.3 minor loss coefficients, Chapter 12: 64/Re, Swamee-Jain f = 0.25/[log(ε/3.7d + 5.74/Re^0.9)]², cubic interpolation 2000 < Re < 4000 (read 09.10.2026)
- NIST SP 811, Appendix B.8 – 1 ft = 0.3048 m, standard acceleration of gravity 9.806 65 m/s², 1 bar = 10⁵ Pa (read 09.10.2026)
更新日： · 編集方針
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