配管の局部損失係数

概要

配管システムにおけるマイナー（動的）圧力損失は、継手、バルブ、曲管、入口、および出口から生じます。各コンポーネントは、動圧水頭に掛ける損失係数 $\xi$（$K$とも表記）によって特徴付けられます。

$\Delta p_{\text{minor}} = \xi \cdot \frac{\rho \, v^2}{2}$

配管系統に複数の継手が存在する場合、個々の$\xi$値は線形に加算されて総マイナーロスとなります。短い配管区間や多くの継手を有するシステムでは、マイナーロスは摩擦損失に対して顕著になります。

主要計算式

コンポーネントを通過する圧力損失：

$\Delta p = \xi \cdot \frac{\rho \, v^2}{2}$

等価水頭損失：

$h_{\text{loss}} = \frac{\Delta p}{\rho \, g}$

一連の継手の総マイナーロス：

$\Delta p_{\text{total}} = \left(\sum_i \xi_i\right) \cdot \frac{\rho \, v^2}{2}$

変数

参考データ

完全な元データ係数表は、全27行の継手データを含めて以下に復元されています。その表から任意の係数を用いてここで計算できます。

例 — ボールバルブの圧力損失

3分の1閉じたボールバルブについて、復元された元データ表ではマイナーロス係数は約5.5です。密度1000 kg/m³の水が2 m/sで流れる場合：

$\Delta p = 5.5 \frac{1000 \cdot 2^2}{2} = 11000 \text{ Pa} \approx 11 \text{ kPa}$

等価水頭損失は以下のとおりです：

$h = \frac{11000}{1000 \cdot 9.81} \approx 1.12 \text{ m H2O}$

単位変換

復元された元のソーステーブル

以下のテーブルは、完全な参照データを保持するために元のソースページから復元されています。ソース係数テーブルには28の空でないHTML行があります：1つのヘッダー行と27のフィッティング行です。以下のDataTableは、すべての27のフィッティング行をデータ行として保持し、ヘッダーラベルを列メタデータとして保持します。

パイプおよびチューブシステムフィッティング - マイナー（動的）損失係数

工学ノート

• 損失係数は 十分に発達した乱流 を想定しています。レイノルズ数が非常に低い場合、実際の損失は異なることがあります。
• 値は 方向依存 です。ティー形継手における分岐流れの係数は、直線流れのものより大幅に高くなります。
• バルブの損失係数は 開度 に大きく左右されます。ボールバルブが1/3閉の状態では $\xi \approx 5.5$ となり、全開時の値をはるかに超えます。
• 局所損失と管摩擦（ダルシー・ワイスバッハ）を組み合わせる場合は、両方を等価長として、または同一速度での圧力損失として表現します。
• フランジ付き継手は、内径が滑らかで急激な変化が少ないため、ねじ込み式の同等品よりも通常、損失が低くなります。
• 急拡大と急縮小 の場合、損失係数は面積比 $A_1/A_2$ に依存します。上記の値（鋭い入口で $\xi \approx 0.5$）は一般的な特殊な例の一つです。
• 局所損失は、継手間の間隔が十分にあり、流れのプロファイルがその間で回復する場合に加算されます（通常 $>10$ 管径）。

参考文献

• Engineering ToolBox — Minor Loss Coefficients in Pipes and Tubes