流速,流量ってなに?流速,流量について知ろう

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目次

流量,流速とは

流速とは流体が流れる速さを意味します。『単位時間あたりの移動距離』ということです。

流量は化学工業では重要な物理量です。気体,液体の量を直接測定します。流量は『JIS B0100』バルブ用語で『単位時間に流れる流体の体積または質量』と定義されています。

つまり,1分間に水が何リットル流れたか?など示す量となります。それらを計測するものを流量計と呼びます。

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一般家庭で最も馴染みのある流量計は水道メーターですね

また流量は「体積流量」と「質量流量」に区別されます。

流速:単位時間に流れる流体の移動距離
流量:単位時間に流れる流体の体積または質量
流量は体積流量と質量流量に区別する

体積流量とは

単位時間あたりにある面を通過する流体の体積を意味します。
※↓単位時間あたりの体積変化

単位時間あたりに「ある断面」を通過する「流速」で導くことができます。流量と言うとほとんど「体積流量」を意味すると思います。(エンジニアはしっかりと使い分けましょう。)

単位はm3(立方メートル),L(リットル),cc(シーシー)などの体積の単位を使用します。単位時間あたりなので,「m3/h」「L/min」「cc/s」と表記されます。

体積流量Qv[m3/s]は,流体が通過する断面の面積A[m2]平均流速v[m/s]とした場合,断面積と平均流速の積で求めることができます。

ただし,体積は圧力や温度によって変化するため,測定条件を明示する必要があります。一般的には標準状態を測定条件とします。

質量流量とは

単位時間あたりにある面を通過する流体の質量を意味します。
※↓単位時間あたりの質量変化

「質量流量」は,単位時間あたりに「ある断面」を通過する「質量から流量」で導くことができます。

単位はkg(キログラム),T(トン)などの質量の単位を使用します。単位時間あたりなので,「kg/h」「T/h」と表記されます。

質量流量 Qm[kg/s]流体の密度ρ[kg/m3]流体が通過する面の面積A [m2]平均流速v[m/s]とすると,以下のように計算式から求めることができます。

また体積流量Qv[m3/s]が分かれば,密度を積することで質量流量を求めることができます。

注意点として,体積流量から質量流量を導き出す場合は,温度,圧力に応じて正しい比体積を使わなければ正確な質量流量を得ることはできません。

そのため温度計や圧力計,もしくは密度計も利用して換算する必要があります。

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一昔前,質量流量は間接的にしか測定できませんでしたが,今はコリオリ流量計など直接質量流量を測定する機器があります。

瞬時流量と積算流量

  • 瞬時流量

瞬時流量は単位時間あたりの流量を意味します。L/min,m3/h,ton/dayなどで表されます。

  • 積算流量

積算流量は測定開始から測定終了までのトータルの流量を意味します。車で言うところの移動距離ですね。

さいごに

流量には体積流量と質量流量に分けられます。これらの使い分けは測定したい物理量がどちらかであることをしっかりと理解する必要があります。

例えば,タンクローリーなどにある流体を入れたいときは体積流量で測定が望ましいと思います。使用するタンクローリーの容積はわかるはずなので,体積流量で測定できればわかりやすいですね。

化学反応に必要な原料の仕込みの場合は質量流量が望ましいと考えます。

化学反応における仕込み量はすべて重さで決まるため,質量流量で測定できたほうがわかりやすいかと思います。

しっかりと測定できる物理量が何なのかを理解することが大切ですね。

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この記事を書いた人

生産技術系のエンジニアです。日々,計装関係の仕事に従事しています。 生産技術系ブログ【計装便覧.com】を運営中。主に計装設計についてまとめています。また仕事の時短ワザなども紹介しています。計装技術については初心者でもわかりやすくをモットーに執筆中!

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