配管流量電卓

配管流量電卓は、円形配管内の流体の挙動を算出するためのツールです。配管のサイズ、長さ、材料、流体、および流量または圧力降下のいずれかを入力すると、流速、レイノルズ数、摩擦係数、圧力損失、および圧力降下を算出します。Hazen-Williams式とDarcy-Weisbach + Colebrook-White式を並行して実行するため、結果を比較できます。また、ライブアニメーションにより、流れが層流、遷移、乱流のいずれであるかを可視化します。

この電卓で計算できる項目

2つの計算式

Darcy-Weisbach式は、普遍的な配管流の公式です。あらゆる液体や気体、あらゆる流れの領域に適用でき、エンジニアリング設計の標準とされています。

\( h_f = f \cdot \dfrac{L}{D} \cdot \dfrac{V^2}{2g} \ )

摩擦係数 \(f\) はレイノルズ数と相対粗度に依存します。乱流域ではColebrook-White式のSwamee-Jain近似式を使用し、層流域では \(f = 64 / Re\) を使用します。

Hazen-Williams式は、常温付近の水の乱流にのみ有効な経験式です。単一の粗度係数Cを使用します。

\( h_f = \dfrac{10.67 \cdot L \cdot Q^{1.852}}{C^{1.852} \cdot D^{4.87}} \ ) (SI単位系)

計算が速く、水道本管、消火主管、灌漑などに適していますが、設計範囲外ではDarcy-Weisbach式から5〜25%乖離することがあります。

配管材料の粗度リファレンス

用途別の推奨流速

この電卓の使い方

1. 単位系を選択 — 米国の配管/土木作業の場合はヤード・ポンド法を、それ以外の場合はメートル法を選択します。
2. 算出する項目を選択 — 既知の流量から圧力降下を求めるか、既知の圧力降下から流量/流速を求めるかを選択します。関連する入力フィールドが自動的に表示されます。
3. 配管情報を入力 — 実際の管の内径、長さ、材料を入力します。材料を選択すると、Hazen-WilliamsのC値とDarcy-Weisbachの絶対粗度が設定されます。
4. 流体を入力 — 温度の近い水を選択するか、他のプリセット（海水、ディーゼル、オイル、グリセリン、ミルク）を選択するか、カスタムの密度と粘度を入力します。
5. 計算式を選択 — 比較を見たい場合は「自動」のままにし、特定の基準が必要な場合は単一の式を選択します。
6. 「計算」を押す — 見出しの数字が答えです。サイドパネルには流速、レイノルズ数、摩擦係数、圧力損失が表示され、比較表には両方のメソッドの結果が表示されます。アニメーションは、流れの状態が層流、遷移、乱流のいずれであるかを示します。

よくある質問 (FAQ)

Hazen-WilliamsとDarcy-Weisbachの違いは何ですか？

Darcy-Weisbachは普遍的な配管流の公式です。摩擦係数fがレイノルズ数と相対粗度に依存し、あらゆる流体、あらゆる領域で作動します。Hazen-Williamsは、常温付近の水の乱流のみに有効な経験式で、単一の粗度係数Cを使用します。計算は速いですが、設計範囲外ではDarcy-Weisbachの結果から5〜25%乖離することがあります。設計にはDarcy-Weisbachを、水のみの簡易チェックにはHazen-Williamsを使用してください。

レイノルズ数とは何ですか？なぜ重要なのですか？

レイノルズ数Reは、流速×直径÷動粘度で計算されます。これは流れの状態を示します。2300未満は層流（粘性が支配的で、摩擦はReのみに依存）、4000以上は乱流（粗度が影響）、2300から4000の間は遷移域で不安定な状態です。設計者は通常、圧力降下が予測可能な乱流域で水システムを運用します。

圧力降下はどのように圧力損失（ヘッド）に変換されますか？

圧力損失h_fと圧力降下ΔPは、ΔP = ρ·g·h_fという関係があります。したがって、1フィートの水柱は約0.433 psi、1メートルの水柱は約9.81 kPaとなります。流体を選択すれば、電卓が自動的に相互変換を行います。

鋳鉄管にはどの粗度を使用すべきですか？

新品のアスファルト塗装鋳鉄は約0.12 mm (C 130)、塗装なしの新品は約0.26 mm (C 110)、古い腐食した鋳鉄は1.5 mm以上 (C 90) になることがあります。堆積物や腐食により粗度は経時的に増大するため、実際の管の状態に合わせた値を選択してください。

この電卓には継手やバルブの損失も含まれますか？

いいえ。この電卓は直管の摩擦のみを対象としています。継手、バルブ、拡大管、流入部などを含めるには、それらの相当長を管長に加算するか、諸損失を別途 K·V²/(2g) として計算して結果に加算してください。

配管内の水の一般的な最大流速はどれくらいですか？

建物内の給水では通常0.6〜2.1 m/s (2–7 ft/s) を目標にします。0.3 m/s以下では堆積物が沈殿しやすくなります。2.1 m/sを超えると、特に銅管やCPVC管で騒音や浸食が問題になり、3.0 m/sを超えるとウォーターハンマーのリスクが急増します。工業用メインラインではより速くなる場合がありますので、設計基準を確認してください。

制限事項と免責事項

このツールは、満水状態で流れる直管円形配管内の単相・非圧縮性・定常流の予備的なサイジング、調査、実現可能性のチェックを目的としています。圧縮性流体、二相流、部分的に満たされた配管（マニング式を使用してください）、脈動流、スラリー、非ニュートン流体には対応していません。最終的な設計にあたっては、ASHRAE、AWWA、NFPA、ASME B31、ISOなどの適用される規格に従うか、専門エンジニアのレビューを受けてください。