空気集塵機の取入口の径縮小に伴う圧力損失算出につ…

Question

空気集塵機の取入口の径縮小に伴う圧力損失算出について

空気集塵機の取入口の径を縮小する設計を検討しています。取入口（面積）が半分になったときに空気流量はどれぐらい減少するのか教えてください。

Answer

取り入れ口から空気集塵機本体までの構造、仕様が分かりませんので、概念的な話をします。
１．取り入れ口の面積が半分になれば、空気流量が半分になろうとします。しかし、空気流量が半分になると、取り入れ口から本体までの圧力損失が空気流量の二乗で減少し、集塵機本体の吸引力が上昇します。すると、面積の減少比より空気取り入れ量が増えます。

２．結局、実際の空気流量は、集塵機本体の吸引圧力ー吸引流量の性能曲線と取り入れ口から集塵機本体の負荷抵抗（圧力）ー流量の抵抗曲線との交差する点になります。
抵抗曲線の元である抵抗係数は、取り入れ口の部分だけが変動し、取り入れ口以降は変わらない訳ですから、取り入れ口を変化させたときの抵抗曲線の変化は
取り入れ口の抵抗係数の変化と同じです。
従って、取り入れ口の面積が半分になっても、流体力学的に抵抗係数の変化がわずかであれば、＃１さんご指摘の通り空気流量は殆ど変化しません。
取り入れ口の面積が半分になれば、取り入れ口の近傍の空気流速が早くなり、集塵効率は向上します。

Answer

取入口の断面積を半分にすると，取入口における流速が２倍になり，圧力損失は４倍になりますが，空気集塵機全体の圧力損失に対する割合が小さければ，空気流量はほとんど変わりません。その割合が大きいと空気流量は低下します。

考えられている空気集塵機の構造がわかりませんが，例えば，家庭用の掃除機であれば，取入口を半分の面積にしても，内部のフィルターの抵抗のほうがはるかに大きいので，空気吸入量はほとんど変わっていないと思います。仮に，今回考えられている空気集塵機において，取入口を半分にした結果，集塵機全体の圧力損失が２倍になったとしても，空気流量は約20％低下するだけです。

いずれにしても，取入口の角は，大きな円弧（アール）にすると圧力損失を小さくできます。

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