ベンチュリ流量計算ツールとは？
ベンチュリ管は、ベルヌーイの定理を利用して配管内を流れる流体の体積流量を測定する装置です。流体が絞られたスロート（喉部）を通過するときに加速し、その分だけ圧力が低下します。入口とスロートの間に生じるこの圧力差を測定すれば、流量を求めることができます。本ツールは、一貫したSI単位を用いる限り、あらゆる非圧縮性流体に対応する汎用計算機です。
使い方
入口径D₁とスロート径D₂（単位：メートル）、測定した差圧ΔP（単位：パスカル）、流体密度ρ（単位：kg/m³）、そして流量係数Cd（精度の高いベンチュリ管では通常0.95〜0.99）を入力してください。本ツールは、体積流量をm³/sとL/sの両方で、さらにスロート流速と入口・スロートの両断面積を出力します。
計算式の解説
基本となる式は次のとおりです。
$$Q = \text{C}_d \cdot A_2 \cdot \sqrt{\dfrac{2\,\Delta P}{\rho\left(1 - \left(\frac{A_2}{A_1}\right)^2\right)}}$$
ここで \(A_1 = \frac{\pi}{4}\text{D}_1^{2}\)、\(A_2 = \frac{\pi}{4}\text{D}_2^{2}\) はそれぞれ入口とスロートの断面積です。流量係数Cdは、現実の摩擦損失や理想的でない流れを補正するための係数です。スロート流速は単純に \(v_2 = Q/A_2\) で求められます。
計算例
D₁ = 0.1 m、D₂ = 0.05 m、ΔP = 5000 Pa、ρ = 1000 kg/m³、Cd = 1 の場合：A₁ = 0.0078540 m²、A₂ = 0.0019635 m²、面積比 = 0.25 となり、\(1 - 0.25^2 = 0.9375\) です。したがって $$Q = 1 \times 0.0019635 \times \sqrt{\frac{10000}{937.5}} = 1 \times 0.0019635 \times 3.2660 = 0.006413\ \text{m}^3/\text{s}$$ スロート流速 = \(0.006413 / 0.0019635 \approx 3.266\) m/s となります。Cd = 0.98 とすると、流速は約 3.20 m/s に補正されます。
よくある質問
Cdにはどの値を使えばよいですか？ 一般的なベンチュリ管の流量係数は0.95〜0.99の範囲です。理論的・理想的な計算を行う場合は1.0を使用してください。
気体にも使えますか？ この式は非圧縮性流体を前提としているため、液体や、流速・差圧が小さい気体には十分な精度で適用できます。圧縮性流れを扱う場合は、膨張係数（エクスパンシビリティ係数）が別途必要になります。
なぜスロート流速は入口流速より速くなるのですか？ 質量保存則（連続の式）により、断面積の小さいスロートを通過する流体は加速します。これがまさに、スロートで圧力が低下する理由でもあります。
