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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

全水頭(ぜんすいとう)とは、位置水頭と速度水頭、圧力水頭を合計した水頭です。また、水路を通るどの位置でも全水頭は等しいという法則を「エネルギー保存の法則」といいます。ただし実際の流体(水など)は摩擦などの影響によりエネルギーの損失が生じます(損失水頭)。今回は全水頭の意味、求め方、単位、ピエゾ水頭、圧力水頭との関係について説明します。ピエゾ水頭、圧力水頭の詳細は下記も参考になります。

ピエゾ水頭とは?1分でわかる意味、公式と求め方、単位、全水頭との違い

圧力水頭とは?1分でわかる意味、公式と求め方、計算、圧力エネルギーとベルヌーイの定理

全水頭とは?

全水頭(ぜんすいとう)とは、水の持つ全エネルギーを水頭で表したものです。具体的には下記を合計します。


全水頭=位置水頭+速度水頭+圧力水頭


下図に全水頭と各水頭を示しました。


図 全水頭


※上記のように流体(水)のエネルギーは、剛体と違い「圧力によるエネルギー」を考慮する必要があります。圧力水頭の詳細は下記が参考になります。

圧力水頭とは?1分でわかる意味、公式と求め方、計算、圧力エネルギーとベルヌーイの定理


ただし、実際には水には粘性があるため、摩擦などの影響でエネルギーが損失します。下図をみてください。A点よりもB点の方が、水頭が下がりました。この損失した水頭を「損失水頭」といいます。


図 損失水頭


詳細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

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全水頭の求め方

全水頭は下式で求めます。


H=位置水頭+速度水頭+圧力水頭=z+( v^2/2g) +( p/ρg)


zは位置水頭、vは流速、gは重力加速度、pは水圧、ρが水の密度です。

全水頭の単位

全水頭の単位は


cm

m


です。水頭なので長さの単位を使います。

全水頭とピエゾ水頭の関係

ピエゾ水頭とは、位置水頭と圧力水頭を合計したものです。よって下式で計算します。


ピエゾ水頭=位置水頭+圧力水頭=z+( p/ρg)


動水勾配やエネルギー勾配の算出で、上記の違いが関係します。詳細は下記が参考になります。

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

まとめ

今回は全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。全水頭とは、水の持つ全エネルギーを水頭で表したものです。具体的には、位置水頭と速度水頭、圧力水頭を合計した値です。各水頭の計算方法など下記も勉強しましょう。

圧力水頭とは?1分でわかる意味、公式と求め方、計算、圧力エネルギーとベルヌーイの定理

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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