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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

損失水頭(そんしつすいとう)とは、摩擦などにより損失したエネルギーを水頭で表したものです。例えばAからBへ水が流れるとき、A点での全水頭がH、B点での水頭がRとします。Rは摩擦などの影響で水頭が下がっています。このとき損失水頭はH−Rで算定できます。またA点からB点までの距離をLとすると(H−R)/Lをエネルギー勾配といいます。


今回は損失水頭の意味、単位、計算、エネルギー勾配について説明します。水頭、全水頭、動水勾配の詳細は下記が参考になります。

水頭とは?【近日公開予定】

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

動水勾配とは?1分でわかる意味、求め方、単位、エネルギー勾配との違い

損失水頭とは?

損失水頭(そんしつすいとう)とは、摩擦などにより損失したエネルギーを水頭で表したものです。下図をみてください。A点とB点の水頭を比べると、B点の水頭が低いですよね。この差が損失水頭です。


図 損失水頭


水は圧力の高い所⇒低い所へ流れるため、上図ではA点からB点に水が流れることがわかります。※ちなみに、上図のように管や容器の圧力を調べる器具をマノメーターといいます。

エネルギー損失が起きる原因として「摩擦」があります。例えば、下図のように水路を流れる水は必ず壁と接触します。この摩擦でエネルギーが損失します。


図 損失水頭と水路の壁


その他、水路が急に折れ曲がる場合や、水粒子同士の摩擦の影響でエネルギーが損失します。

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損失水頭の単位

損失水頭の単位は


cm

m


などです。水頭なので長さの単位で表しましょう。

損失水頭の計算と動水勾配

圧力水頭と位置水頭の和をピエゾ水頭といいます。圧力水頭=p/ρg、位置水頭=hとするとき、


ピエゾ水頭=p/ρg+ h


です。A、B点のピエゾ水頭の差をAからBの距離Lで割った値を「動水勾配」といいます。下図をみてください。これが動水勾配です。


図 動水勾配

損失水頭とエネルギー勾配

2点(水の流れはA点からB点とする)の水頭が分かっている場合、損失水頭の計算は下記のように行います。


A点の全水頭=B点の全水頭+損失水頭


なお、全水頭=位置水頭+速度水頭+圧力水頭で計算されます。全水頭の詳細は下記が参考になります。

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


下図をみてください。損失水頭をhl、A点からB点の距離をLとするとき、


I=hl÷L


をエネルギー勾配といいます。速度水頭の影響が小さい場合、前述した動水勾配とほぼ同じ値になります。


図 エネルギー勾配


エネルギー勾配の詳細は下記も参考になります。

エネルギー勾配とは?1分でわかる意味、求め方、単位、動水勾配との違い

まとめ

今回は損失水頭について説明しました。意味が理解頂けたと思います。損失水頭とは、摩擦などにより損失したエネルギーを水頭で表したものです。損失水頭の原因を理解しましょう。また、損失水頭の求め方やエネルギー勾配、動水勾配との違いも理解したいですね。下記も参考になります。

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

動水勾配とは?1分でわかる意味、求め方、単位、エネルギー勾配との違い

エネルギー勾配とは?1分でわかる意味、求め方、単位、動水勾配との違い

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