圧力損失とは?

流体が配管や機器を流れるとき、摩擦や流れの乱れによって失われる圧力です。失われた分は元に戻りません。

送風機やポンプに必要な圧力、配管の太さ、流量の分かれ方は圧力損失で決まります。損失を見込まないと、設計した量が流れません。

細いストローで飲み物を吸うと力が要るのは、ストロー内の摩擦で圧力が失われるからです。ストローを長くするとさらに吸いにくくなります。

Chemical CADの配管ブロックで、直管の摩擦、ベンド・レジューサー・バルブなどの局所損失を計算します。各要素の損失は個別に0 Paへ切り替えられます。高低差や流速の変化による静圧の変化は損失とは別に計算し、損失を無効にしても残ります。

直管の摩擦損失はDarcy–Weisbach式で計算します。
\Delta p_f = f\,\frac{L}{D}\,\frac{\rho u^2}{2}
摩擦係数 f は層流(Re < 2300)で 64/Re、乱流(Re > 4000)でColebrook式です。その間は予測できない遷移域なので線形に補間し、結果に注意を表示します。気体では圧力と温度で密度が変わるため、配管を区間に分けて、区間ごとに運動量とエネルギーの収支を解きます。
p_2 = p_1 - \Delta p_f - \rho g\,\Delta z - G\,(u_2 - u_1)

密度一定の近似は、圧力変化が入口圧の10 %以下、マッハ数0.3以下のときだけ使います。音速に近い流れ(閉塞流)は扱いません。