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管水路とは?1分でわかる意味、損失水頭、流量、流速との関係

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管水路(かんすいろ)とは、周囲が壁で囲まれ閉じている水路です。普段の生活で管水路を見ることは少ないですが、生活には密接に関わっています。例えばお風呂や台所から出る水は給水管(管水路)を通っています。管水路は、管の中に水が充満しているため自由水面は無いです。また管水路の水は、管内で圧力の高い所から低い所へ流れます。


今回は管水路の意味、損失水頭、流量、流速との関係について説明します。似た用語に開水路(かいすいろ)があります。開水路、損失水頭の詳細は下記が参考になります。

開水路とは?1分でわかる意味、マニング式、等流、径深の求め方

損失水頭とは?1分でわかる意味、単位、計算、エネルギー勾配

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管水路とは?

管水路(かんすいろ)とは、周囲が壁に囲まれ閉じている水路です。さらに、水が管内に充満しています。下図をみてください。これが管水路です。


図 管水路


上記の通り、管水路には自由水面がありません。なお一見、管水路に見えても下図のように自由水面があれば、水の流れとして開水路です。


図 管水路に見える開水路


管水路では水の流れが、圧力の高低差により生じます。よって、圧力の高い所から低い所へ水が流れるのです。


つまり重力の流れに逆らって、低い位置から高い位置に水の流れをつくることが可能です。


給水管は地面の下を通って各住宅に供給されます。地面の下から上に水を運ぶことができるのも「圧力の高低差による水の流れ」を利用しています。


なお、開水路では「高い位置から低い位置」へと水が流れます。川などを見ると良く分かりますね。開水路の特徴などは下記が参考になります。

開水路とは?1分でわかる意味、マニング式、等流、径深の求め方

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管水路と流速、流量の関係

流速uと流量Qには下記の関係があります。


Q=uA


Qは流量、uは水粒子の流速、Aは流積です。流量、流積の詳細は下記が参考になります。

流量とは?1分でわかる意味、公式、単位、流速との関係

流積とは?1分でわかる意味、円の求め方と公式、潤辺、径深との関係


下図のように管水路の流速は、管の壁に接する部分で遅くなります。これは摩擦によりエネルギーが損失するからです。


図 管水路の流速


そこで管内の各流速を平均化したものを平均流速といいます。

平均流速とは?1分でわかる意味、求め方、単位、流速との関係

管水路と損失水頭の関係

前述したように、管内の壁際では摩擦の影響で流速が遅くなります。これは、水の持つエネルギーが損失したといえるでしょう。水のもつエネルギーを、水理学では「水頭」で表します。損失したエネルギーに相当する水頭を、損失水頭といいます。


損失水頭は、2点の全水頭の差から算定できます。また摩擦による損失水頭を求める計算式も考案されています(※今回は省略します)。


損失水頭、全水頭の意味は下記が参考になります。

損失水頭とは?1分でわかる意味、単位、計算、エネルギー勾配

全水頭とは?1分でわかる意味、求め方、単位、ピエゾ水頭、圧力水頭との関係

まとめ

今回は管水路について説明しました。意味が理解頂けたと思います。管水路は周囲が壁に囲まれ閉じている水路です。自由水面は無く、管内に水が充満しています。また、圧力の高い所から低い所へ水が流れます。管水路の特徴を理解しましょう。さらに開水路との違いも勉強しましょうね。下記が参考になります。

開水路とは?1分でわかる意味、マニング式、等流、径深の求め方

損失水頭とは?1分でわかる意味、単位、計算、エネルギー勾配

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