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空気環境の調整15

流体の基礎

連続の式

下の図は断面積の異なるダクトを考えてみます。

連続の式

流体が断面積S1から侵入して断面積S2を通過しS3へ移動します。
この場合、流体の密度が一定なら以下の関係が成り立ちます。

S1 x V1 x p = S2 x V2 x p = S3 x V3 x p

p:流体の密度

上記の式のことを連続の式といいます。 つまり通過する密度が一定なら断面積が小さいと流体の流速は速くなり、断面積が大きいと流体の流速は遅くなります。


重要です。覚えましょう。


水道のホ―スや高圧洗浄機などをイメ―ジすればわかりやすいと思います。
蛇口のバルブなどを開けた状態でホ―スで水まきをするときにホ―スの先を小さくすると水が勢いよく出てきますよね。
しかし蛇口の元バルブの開閉は同じなので出ている水の量は同じになります。

大気基準圧

ある地点の圧力を大気圧との差で表したものを大気基準圧という。またはゲ―ジ圧力という。
ゲ―ジ圧力 + 大気圧を絶対圧力という。


重要です。覚えましょう。

静圧と動圧

静圧と動圧

ここで、風船を例に例えると、風船を膨らました状態では空気は静圧状態といえます。
しかし風船内から勢いよく噴出した空気は静圧から動圧に変化していきます。

ベルヌ―イの定理

ひとつながりの管の中を流れる流体を考えたとき、管の太さに関係なく流体の全圧は一定になります。これが『ベルヌ―イの定理』です。流体の持っている力は一定で、動圧が増えれば静圧が減り、静圧が増えれば動圧が減るというイメ―ジです。

流れの運動エネルギ―の保存を仮定すると、次のようなベルヌ―イの定理を表す式が得られる。

静圧と動圧

ただし、ρ:密度、U:速度、P:圧力(静圧)、g:重力加速度、h:高さ、H:全圧とする。
この式の各項の単位はPaであり、第一項を動圧、第二項を静圧、第三項を位置圧と呼び、摩擦のない理想気体の流れでは、その合計値は一定となる。

気体では位置圧は無視してよいほど小さい。

従って、

静圧と動圧

とすることが出来る。

平成30年度 問題51

ダクト内気流速度が4.0m/sであったとすると、この気流の動圧(速度圧)の値として、最も適当なものはどれか。
ただし、ダクト内の空気の密度は1.2kg/m3とする。

解説

この問題は、

ρ:密度=1.2kg/m3
U:速度=4.0m/s

がわかっているので素直に式に代入するだけで求めることができます。

1/2 x 1.2 x 4.02
=0.6 x 16
=9.6Pa

開口部の通過風量

壁の開口部の前後の圧力差がΔP[Pa]である時、開口部の通過風量Q[m3/s]は次式で表される。

開口部の通過風量

ただし、a:流量係数、A:開口面積(m2)、ρ:空気の密度(kg/m3)、流量係数は、機何的開口面積を、空気の粘性や摩擦抵抗等を考慮して、実効開口面積に換算する 係数であって、a<1.0である。

各種開口の流量係数は下図である。

開口部の通過風量

開口部の通過風量

開口部の通過風量


流量係数の数値は覚えましょう。
普通の窓は小さくなるので、0.6~0.7程度
ベルマウスは変化しないので、1.0程度
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