チョークフロー圧力計算機

チョーク フロー 計算機は、チョーク フロー条件下で動作するシステムの質量流量を計算するための重要なツールです。チョーク フローは、ガスまたは流体が制限部 (バルブ、ノズル、オリフィスなど) を通過し、圧力降下により流量が最大限度に達したときに発生します。この点を超えると、上流圧力が増加しても、質量流量はそれ以上増加しません。

この現象は、航空宇宙、化学処理、石油・ガスなどの業界では極めて重要であり、加圧システムの設計と安全性には流量の正確な制御が不可欠です。チョーク フロー計算機を使用すると、エンジニアや技術者はこのような状況での最大質量流量を迅速に判断し、システム パフォーマンスを最適化して危険な操作を防ぐことができます。

チョークフロー圧力計算の計算式

チョークフローシステムにおける質量流量を計算する式は次のとおりです。

どこ：

• m_ドット質量流量 (kg/s) – 1 秒あたりに制限部を通過する流体またはガスの量。
• CD: 排出係数（無次元） - 流量効率を考慮する係数で、通常は 0.6 ～ 0.8 の範囲です。
• A: 制限部の断面積（m²） - ガスが流れる開口部のサイズ。
• P1: 上流絶対圧力 (Pa) – 制限部を通過する前のガスの圧力。
• γ（ガンマ）： 明確な 熱 比（無次元）、断熱指数とも呼ばれ、定圧比熱と定積比熱の比です。
• R: 比気体定数 (J/kg·K) – 気体のエネルギーと温度および圧力を関連付ける定数。
• T1: 上流絶対温度 (K) – 制限部に入る前のガスの温度。

公式を分解すると:

• この CD 乱流や摩擦などの要因を考慮して、流れのプロセスの効率を計算します。
• A 制限領域であり、ガスが通過しなければならない空間の量を決定します。
• P1, γ, T1 これらは、制限部に入るガスの状態を表します。これらの要因は、圧力と温度の変化に対するガスの挙動に影響を与えます。
• 用語 (2 / (γ + 1))^((γ + 1) / (2 × (γ – 1))) ガスの圧縮性の影響を考慮します。これは、密度と圧力の変化が著しい高速ガス流では特に重要です。

チョークフロー圧力計算機の前提条件

チョークフロー計算機を使用する場合、計算を簡素化し、理想的な条件下での計算の正確性を確保するために、いくつかの仮定が立てられます。

1. 等エントロピー流: 流れは断熱（熱伝達なし）かつ可逆的であると考えられており、摩擦やその他の散逸力によってエネルギーが失われないことを意味します。
2. 理想的なガスの挙動: ガスは理想的に動作すると想定されます。つまり、与えられた条件下では理想気体の法則に完全に従うということです。
3. 一次元フロー: 流れは制限を通過する単一方向に沿っていると想定され、他の方向の流れの影響は無視されます。
4. 定常流: 流れの状態は安定していると想定されます。つまり、流体またはガスの特性は時間の経過とともに変化しません。

一般的な用語と変換

以下は、チョークフロー計算でよく使用される重要な用語とその変換の表です。

契約期間	説明	変換式
質量流量 (m_dot)	制限を通過する液体またはガスの量。	m_dot = C_d × A × P1 × sqrt(γ / (R × T1)) × (2 / (γ + 1))^((γ + 1) / (2 × (γ – 1)))
排出係数（C_d）	制限を通過する流れの効率を考慮する無次元係数。	通常、ほとんどのシステムでは 0.6 ～ 0.8 です。
比熱比（γ）	定圧と定積における比熱の比。	通常、空気の場合は 1.4 です。
上流圧力（P1）	制限部に入る前のガスまたは流体の圧力。	パスカル (Pa) または psi で測定されます。
比気体定数（R）	気体の挙動を記述するために使用される定数。	空気の場合287 J/kg·K。
上流温度（T1）	制限に入る前のガスの絶対温度。	ケルビン（K）で測定されます。

チョークフロー圧力計算機の例

チョークフローのシナリオで質量流量を計算する例を見てみましょう。

与えられた：

• 排出係数（C_d）= 0.7
• 断面積（A） = 0.01 m²
• 上流圧力（P1） = 2 × 10⁵ Pa
• 比熱比（γ） = 1.4
• 比気体定数（R） = 287 J/kg·K
• 上流温度（T1） = 300 K

式の使用：

m_dot = 0.7 × 0.01 × 2 × 10⁵ × sqrt(1.4 / (287 × 300)) × (2 / (1.4 + 1))^((1.4 + 1) / (2 × (1.4 – 1)))

計算を実行した後:

m_dot ≈ 4.28 kg/s

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