PSI→GPM変換計算機とは？
この計算機は、上流側の圧力（PSI：1平方インチあたりのポンド）、円形オリフィスの開口径、そして流量係数をもとに、水が通過する体積流量を「1分あたりのガロン数（GPM）」で推定するツールです。消防設備、灌漑、配管、油圧システムの設計などの分野で広く使われており、圧力によってノズルや穴から押し出される水の量を予測するのに役立ちます。なお、PSIやGPMはいずれも米国系のヤード・ポンド単位（US単位）であり、日本国内で一般的に使われるMPaやkPa、L/minとは異なる点にご注意ください。海外製の機器や仕様書を扱う際の換算用途に適しています。
使い方
次の3つの値を入力します。水の圧力（PSI）、オリフィスの直径（インチ）、そして流量係数（Cd）です。流量係数は、開口部でのエネルギー損失や流れの収縮を考慮した値で、滑らかで丸みを帯びたノズルなら0.97～0.99程度、角の鋭いオリフィスなら0.62前後になります。値を入力して計算ボタンを押すと、推定流量が表示されます。
計算式の解説
標準的なオリフィス流量の式は次のとおりです。
$$\text{GPM} = 29.84 \times \text{C}_{d} \times d^{2} \times \sqrt{\text{PSI}}$$ここで 29.84 は、重力・流体密度・US単位の換算係数をまとめた定数です。\(\text{C}_{d}\) は無次元の流量係数、\(d\) はインチ単位のオリフィス径、PSI は差圧を表します。流量は直径の2乗、そして圧力の平方根に比例します。つまり、圧力を2倍にしても流量は約41%しか増えませんが、直径を2倍にすると流量は4倍になります。
計算例
40 PSIの水が、流量係数0.97の0.5インチのオリフィスを通過する場合を考えます。すると、$$\text{GPM} = 29.84 \times 0.97 \times 0.5^{2} \times \sqrt{40} = 29.84 \times 0.97 \times 0.25 \times 6.3246 \approx 45.76 \text{ GPM}$$ となります。
よくある質問
流量係数はどの値を使えばよいですか？ 滑らかなノズルなら約0.97、一般的な短管なら約0.80、角の鋭いオリフィスなら約0.62を目安にしてください。
どんな液体でも使えますか？ 定数29.84は標準状態の水を前提としています。密度や粘度が異なる他の流体では、結果はあくまで近似値となります。
なぜ流量は圧力の平方根に比例するのですか？ ベルヌーイの定理により圧力が速度に変換され、速度は圧力ヘッドの平方根に比例するためです。
