流量及びタンクの設計

Question

30L/minで水が流れてくるのを一度タンクで受け、
そのタンクの底から配管で自然に排出させ、別のタンクに送るものを考えています。

移送の配管径は25A、32A程度で、すぐにエルボで横に振って、パイプで100mm～200mm程度で、そこから別のタンクへ開放します。

IN側もOUT側も大気開放です。
30L/minで流れてくる水がタンクから溢れないようにするためのタンクの大きさを決めなければなりません。

OUT側の移送配管の流量(流速)を計算できれば分かると思うのですが、この場合、どの様な計算を行えばよろしいでしょうか？(または、参考になるサイトをご教授頂ければと思います。)

タンクの低面積や深さで圧が変わり、流量等も変わると思うのですが、ド素人で、導入程度に分かれば良いので、細かくなく、おおよその計算方法を知れればと思います。

よろしくお願いします。

Accepted Answer

OUT側の移送配管の流量(流速)を計算は、トリチェリーの定理にて可能です。
そして、配管損失（抵抗）を大雑把に計算すると、より実際値に近づきます。

そして、タンクのOUT側の移送配管は、計算値より大きな径で設定し、絞り弁にて
流量が設定（調整）できるようにしたら良いと考えます。

トリチェリーの定理での流速(流量)の計算は、タンク直近部分です。
タンクのOUT側の配管が長い場合で、且つ垂直にではなく水平な場合には、
配管損失（抵抗）を圧力で考えます。（圧力損失として）
その場合には、ベルヌーイの定理を利用します。
ベルヌーイの定理の計算方法から、圧力水頭 ⇔ 速度水頭 ⇔ 位置水頭　の変換も
可能になります。
具体的には、
◆ **MPaの圧力がかかっている処から、排出される流体の速度計算は、
　 圧力水頭 → 速度水頭　にて、
◆ タンクに高さ５ｍまでの水がはられている場合、底から排出される水の速度計算は、
　 位置水頭 → 速度水頭　にて、　又は
　 位置水頭 → 圧力水頭に変換して → 速度水頭に（直接変換できるのでしないが
　 配管損失では、損失を圧力で見るので、使用することが多いです）

トリチェリーの定理やベルヌーイの定理にて、この森の検索システムで検索しても
計算実例が解りますし、ネット検索しても多分解るURLが確認できると思います。

また、配管損失も同様です。

Answer

配管抵抗が小さければ、一次タンクと二次タンクの配管有効断面積をA、落差をH、一次タンクの流出流量を
QoutとすればQout=A×√（２gH）　で計算できます。バッファータンクの容量Vは一次タンクの流入流量
をQinとして　V＝Qinの最大値ーQoutの最小値＋裕度　で計算できます。

Answer

バッファータンクが必要な理由は、流入する流量が変動する可能性がある
からではありませんか？

流入量30L/minがきっちり一定ならば、バッファータンクは理屈の上では
容量ゼロにできると思います。

答えを出すのであれば、バッファータンク出口側配管の管路抵抗をきっちり
計算した上で、30L/minが２倍になったり、３倍になったりしたときにあふ
れない容量と高さを決めることのように想像します。

素人回答なので、お問い合わせの趣旨に対応していないかももしれません。
その節はご容赦下さい。

流量及びタンクの設計