この計算ツールでできること
このツールは、トリチェリのオリフィス理論を使って、開放したホースから流れ出る水の体積流量を推定します。ホースの内径、供給圧力(ゲージ圧)、流量係数を入力すると、1分あたりのリットル(L/min)と米国ガロン(GPM)に加え、出口での流速と開口面積を算出します。散水・かんがいの計画、消火活動の概算、ポンプの選定、プールの排水など、幅広い場面で役立ちます。
使い方
ホースの内径をミリメートル(mm)、供給圧力をバール(bar)、そして流量係数(Cd)を入力してください。鋭いエッジのオリフィスはおよそ0.62、なめらかに丸めたノズルでは0.8〜0.98に近づき、一般的な散水ホースの先端は0.6〜0.8あたりが目安です。入力後に「計算」を押すと、推定流量が表示されます。
計算式の解説
流量は $$Q = \text{C}_d \cdot A \cdot \sqrt{\frac{2P}{\rho}}$$ で求めます。ここで \(A\) は断面積で、\(\pi \times d^2 / 4\)(単位:平方メートル)です。\(P\) はバールからパスカルに換算した圧力(\(1\ \text{bar} = 100{,}000\ \text{Pa}\))、\(\rho\) は水の密度(\(1000\ \text{kg/m}^3\))を表します。平方根の項は理想的なトリチェリ流速であり、\(\text{C}_d\)(流量係数)は開口部での実際の損失を補正する役割を持ちます。
計算例
内径13 mmのホースを3 bar、Cd 0.62で使った場合:$$A = \pi \times 0.013^2 / 4 = 1.32732 \times 10^{-4}\ \text{m}^2$$流速 $$= \sqrt{2 \times 300000 / 1000} = 24.495\ \text{m/s}$$ $$Q = 0.62 \times 1.32732 \times 10^{-4} \times 24.495 = 2.0158 \times 10^{-3}\ \text{m}^3\text{/s}$$ となり、約120.95 L/min(リットル毎分)に相当します。
よくある質問
この値は正確ですか? いいえ、あくまで理想化した概算です。実際の流量は、ホースの長さに沿った管摩擦、継手による損失、高低差などで減少しますが、このシンプルなオリフィスモデルではそれらを考慮していません。
どの圧力を入力すればよいですか? ホース出口で得られるゲージ圧を使ってください。水道の元圧は一般に2〜6 bar程度ですが、ホースが長かったり細かったりすると圧力は低下します。
Cdの影響がそれほど大きいのはなぜですか? Cdは結果に直接比例して効くためです。同じ圧力・同じ径でも、ノズル(高いCd)は鋭い開口部(低いCd)よりはるかに多くの水を流します。