空調や換気設計に欠かせない「圧力損失」の計算。
このページでは、断面形状が円形・長方形・台形のダクトについて、オンラインで簡単に圧損計算ができるツールを提供しています。
このツールでできること
- 円形・長方形・台形の断面に対応
- 流量、配管長、粗さを入力するだけ
- 摩擦による圧力損失（管摩擦損失）を自動計算
- 結果は Pa（パスカル）単位で表示
- ツールはすべて無料・ブラウザ完結
圧力損失とは？
配管内を空気が流れる際、内壁との摩擦や乱流などにより空気の圧力が下がる現象を「圧力損失」と呼びます。
これは、送風機の能力設計やエネルギー損失の評価に不可欠です。
圧力損失が大きくなるほど、送風機やポンプはより大きな力で流体を押し出す必要があります。そのため設計段階で圧力損失を正確に見積もることは、消費電力の削減や機器選定の最適化に直結します。
圧力損失は主に「直管部の摩擦損失」と「曲がり・分岐・絞りなどによる局所損失」の2つに分けられますが、本ツールでは直管部の摩擦損失を計算対象としています。
圧損の全体像については下記をご参照ください。
ツールの使い方
入力項目の説明
計算に必要な入力項目は以下の通りです。
- 配管長: 圧力損失を計算したい区間の長さを入力します。
- 流体の種類: 空気や水など、流体を選択(または密度・粘度を直接入力)します。
- 管の材料: 配管の材質によって決まる粗さの値です。新品の鋼管・塩ビ管・ダクトなど、材質ごとの目安値を選択できます。
- 断面形状: 円形・長方形・台形から選択します。ダクトや配管の実際の断面に合わせて選んでください。
- 寸法: 円形なら直径、長方形なら縦横の長さ、台形なら上底・下底・高さを入力します。
- 流量: 配管内を流れる流体の体積流量を入力します。
計算結果の見方
入力後「計算」を押すと、以下の結果が表示されます。
- レイノルズ数Re: 流れが層流か乱流かを判定する無次元数。一般に2300を超えると乱流とみなされます
- 摩擦係数f: スワミー・ジェインの式から算出された値
- 圧力損失ΔP[Pa]: 入力した条件における圧力損失の値
流量や配管長を変えながら何度か計算してみると、「流量を2倍にすると圧力損失はどう変わるか」といった感覚がつかみやすくなります。
使用している計算式
圧力損失計算に用いる予測式
ダーシー・ワイスバッハの式に基づいて計算を行っています。
\(\Delta P = f \cdot \frac{L}{D_h} \cdot \frac{\rho v^2}{2}\)
- \(\Delta P\)：圧力損失 [Pa]
- \(f\)：摩擦係数（レイノルズ数と粗さから推定、スワミージェインの式を用いています。）
- \(L\)：配管の長さ [mm]
- \(D_h\)：水力直径 [mm]（形状によって計算）
- \(\rho\)：流体密度 [kg/m³]
- \(v\)：流速 [m/s]
摩擦係数の計算に用いる予測式
スワミー・ジェインの式に基づいて計算を行っています。
\(f = \left[ -1.8 \log_{10} \left( \frac{\varepsilon / D_h}{3.7} + \frac{6.9}{\mathrm{Re}} \right) \right]^{-2}\)
- \(f\)：摩擦係数
- \(\varepsilon\)：管表面粗さ[mm]
- \(D_h \)：水力直径[mm]（形状によって計算）
- \(Re \)：レイノルズ数
形状ごとの水力直径計算
| 形状 | 水力直径 \(D_h\) の式 |
|---|---|
| 円形 | \(D_h = d \)（直径） |
| 長方形 | \(D_h = \frac{2ab}{a + b}\) |
| 台形 | \(D_h = \frac{4A}{P}\) ※断面積\(A\)と周囲長\(P\)から計算 |
流体の種類による違い
圧力損失の大きさは、流れる流体の密度ρと粘度μによって変わります。
ダーシー・ワイスバッハの式を見ると分かる通り、密度が大きいほど圧力損失ΔPは大きくなります。一方、粘度は摩擦係数fやレイノルズ数Reを通じて間接的に影響します。
例えば同じ配管・同じ流速でも、水は空気に比べて密度が800倍以上大きいため、圧力損失も大幅に大きくなります。逆に、油のように粘度の高い流体は、レイノルズ数が小さくなって層流になりやすく、摩擦係数の挙動が変わってきます。
主要な流体の密度・粘度の値は、以下の一覧表にまとめています。計算結果の妥当性を確認したいときや、表にない流体で計算したいときの参考にしてください。
🛠 圧損計算ツール（円形・長方形・台形）
注意事項
- 出力される数値は標準空気条件（20℃・101kPa）を仮定しています
- 局所損失（エルボや分岐）は含まれていません
- 実際の設計では安全率を考慮してください
最後に
このツールがあなたの設計や研究の一助になれば幸いです。
ブックマークして、いつでも使ってくださいね！
関連記事
様々な形状の管の圧損についてまとめています。
よろしければご覧ください。
