流体がパイプを流れるとき、流れに対する抵抗の結果として圧力損失が発生します。 また、パイプの始点と終点の間の高さの変化による圧力増加/損失があるかもしれません。 このような場合には、次のような要因が考えられます。
- 流体とパイプの壁の間の摩擦
- 流体自体の隣接する層の間の摩擦
- 流体がパイプの継手、曲がり角、バルブ、またはコンポーネントを通過する際の摩擦損失
- のようなものがあります。
- 流体の高さの変化による圧力損失（パイプが水平でない場合）
- ポンプによって追加された流体の頭による圧力増加
パイプの圧力損失の計算
パイプの圧力損失を計算するには、圧力の変化を引き起こすそれぞれの項目について、圧力損失（通常は流体の頭）を計算する必要があります。 しかし、例えば配管の摩擦損失を計算するためには、全体の摩擦損失を決定するDarcy-Weisbachの式で使用する摩擦係数を計算する必要があります。
摩擦係数自体は、流体の粘性、流体の密度、流体の速度、および内部パイプの直径から計算される、内部パイプの直径、内部パイプの粗さ、およびレイノルド数に依存します。
逆に言えば、流体の密度と粘度の特性を知り、パイプの直径と粗さの特性を知り、レイノルド数を計算し、それを使ってColebrook-Whiteの式を使って摩擦係数を計算し、最後に摩擦係数をDarcy-Weisbachの式に差し込んでパイプの摩擦損失を計算しなければなりません。
パイプの摩擦損失を計算した後、可能性のある継手の損失、高さの変化、ポンプヘッドを考慮する必要があります。 以下のセクションでは、各計算を順に検討します。
パイプの摩擦損失の計算
パイプの摩擦損失を決定するために必要な各項目を計算する必要があります。 以下のリストのリンクは、それぞれの具体的な計算についての詳細を示しています。
- Fluid Density
- Fluid Viscosity
- Pipe Roughness Measurement
- Reynold’s Number – Laminar Flow or Turbulent Flow
- Friction Factors – Moody Chart and Colebrook-?White Equation
- パイプの摩擦損失 – Darcy-Weisbach Method
当社のPipe Flowソフトウェアは、Darcy-Weisbach方程式を使用してパイプの摩擦損失を自動的に計算しますが、これは非圧縮性流体に対する最も正確な計算方法であり、業界では正確な計算方法として受け入れられています。 これは、非圧縮性の流体に対して最も正確な計算方法であり、一定の条件を満たせば、圧縮性の流れに対しても業界で正確と認められているからです。
パイプ 継手 損失の計算
バルブ、継手、ベンドによるエネルギー損失は、流れが局所的に乱れることで発生します。
比較的長いパイプを持つ配管システムでは、配管内の全体的な圧力損失に比べて、継手の損失はわずかであることがよくあります。
特定の配管継手がもたらす損失は、実際の実験データを使用して測定され、これを分析して、継手を通過する流体の速度に応じて変化する継手の損失を計算するために使用できる K 係数 (局所的な損失係数) を決定します。
当社のパイプフローソフトウェアプログラムには、さまざまなサイズのさまざまなバルブや継手のための多くの業界標準のKファクターを含む継手データベースが事前にロードされているので、圧力損失の計算に継手損失やその他の局所的な損失を自動的に含めることが簡単にできます。
ユーザーは適切な継手やバルブを選択し、「Save」を選択するだけで、パイプに追加され、パイプの圧力損失計算に含まれるようになります。
このリンクには、Fitting K Factors および Fittings Loss Equation に関する詳細が記載されています。
Pipe Component Loss Calculations
熱交換器や冷凍機などの配管システムには、モデル化する必要のあるさまざまな種類のコンポーネントがあります。
ほとんどのメーカーは、その製品の流量とヘッドロスの特性を示すコンポーネントの性能曲線を提供しています。
ほとんどのメーカーは、その製品の流れとヘッド ロスの特性を記述したコンポーネントの性能曲線を提供しています。このデータを使用して、指定された流量に対するコンポーネントによって引き起こされる圧力損失を計算しますが、流量自体はコンポーネントの下流の圧力損失にも依存するため、Pipe Flow Expert などの適切なソフトウェアを使用せずにコンポーネントのヘッド ロス パフォーマンスをモデル化することは非常に困難です。
高さの変化による圧力損失
上昇するパイプ内の流れ
パイプの始点の高さが終点の高さよりも低い場合、摩擦やその他の損失に加えて、高さの上昇による追加の圧力損失が発生します。
落下するパイプ内の流れ
パイプの始点の高さが終点の高さよりも高い場合、摩擦およびその他の損失と同様に、高さの低下によって引き起こされる追加の圧力増加があり、流体頭部で測定すると単に高さの低下に相当します。
すなわち、流体の標高が低い場合、その地点より上の流体の深さと重量が増すため、より多くの圧力が加わります。
エネルギーおよび水力勾配
パイプ内の流体の標高、特定の地点でのパイプ内の圧力、および流体の速度ヘッドを合計すると、エネルギー勾配線として知られているものを計算することができます。
Hydraulic Grade Line は、EGL (Energy Grade Line) から流体の速度ヘッドを差し引くことで計算できますが、単に流体の標高とその時点でのパイプ内の圧力を合計することでも計算できます。 
ポンプで発生する揚程は流量に応じて変化するため、ポンプの性能曲線上の動作点を見つけることは必ずしも容易ではありません。 流量を推測してからポンプヘッドの追加を計算すると、今度は配管内の圧力差に影響を与え、それ自体が実際に発生する流量に影響を与えてしまいます。
もちろん、Pipe Flow Expert ソフトウェアを使用すれば、ポンプ カーブ上の正確な動作点を見つけ、システム全体の流量と圧力のバランスを確保して、配管設計に正確なソリューションを提供します。
どのようにしてパイプに追加されたポンプ ヘッドを計算しても、この追加の流体ヘッドは、パイプ内で発生したすべての圧力低下に追加されなければなりません。
配管全体の圧力損失の計算
そのため、対象となる配管の末端の圧力は次の式で与えられます（すべての項目はm Head of Fluidで指定されています）。
P = P – Friction Loss – Fittings Loss – Component Loss + Elevation + Pump Head
ここで
P = パイプ終端の圧力
P = パイプ始端の圧力
Elevation = (パイプ始端の標高) – (パイプ終端の標高)
ポンプヘッド=0（ポンプがない場合）
パイプの始点と終点の間の圧力損失、というよりも圧力差dP（ゲインになることもある）は、したがって次の式で与えられます。
dP = Friction Loss + Fittings Loss + Component Loss – Elevation – Pump Head
ここで
P = パイプ先端の圧力
P = パイプ先端の圧力
Elevation = (パイプ先端の標高) – (パイプ先端の標高)
Pump Head = 0 if no pump present
注意 dPは通常、圧力の低下に関連する正の値として指定されます。
dPは通常、圧力の低下に関連する正の値として指定され、負の値は圧力の増加を意味します。