配管にガスを充てんしたい

質問

工学系の質問です．細長い配管に初期圧700kPaになるように気体を充填したいと考えています．

私は流体力学で圧損の計算を行い，損失分を加えた700+αの圧力で供給する必要があるのではないかと考えています．
しかし，充填させた気体の初期圧力は700kPaとしてよどませたいので，供給する圧力も700kPaであるべきではないかとも考えています．700+αで供給すれば狙った値よりも大きな値になってしまいそうで心配です．

このように配管orボンベの初期圧力を任意の値にする場合はどのように考えるのが適切ですか？

また，この配管を流れるガスの流速はベルヌーイの定理で計算してよいのでしょうか？
配管関係に詳しい方や，高圧ガスに詳しい方．ぜひご教授願います．

※OKWAVEより補足：「技術の森( 開発・設計)」についての質問です。

回答No.4

ohkawa3 · ベストアンサー

充填時間を定量的に検討したいならば、圧損を考慮する必要があることは言うまでもありません。

回答No.3

ohkawa3

回答(2)です。「お礼」ありがとうございました。
「圧損」についての配慮をご質問ですが、解析に当たって、どの程度精密なモデルを想定なさっているのでしょうか？

1) 最終的にシステム全体が700kPa平衡状態になれば、ガスの流れはありませんから圧損を考慮する必要はありません。

2) 実用的な供給源は、700kPaより高圧に充填されたボンベなどを使うことが想定されますが、ボンベと配管の間にレギュレータなどを介在させることになりますので、レギュレータなどの圧損を考慮する必要があります。

3) 実用的な供給源ではなく、理想的な特性として、流量によらず一定の圧力を保持できる供給源があれば、700kPaちょうどの圧力があれば、配管を700kPaで充填できます。

ところで、気体を充填する前の配管内の状態をどのように想定なさっているのでしょうか？ 真空状態であれば、うまく充填できそうですが、充填したい気体以外のガスに満たされていれば、そのガスと充填したい気体が置き換わりを考慮する必要がありそうです。

お礼

真空引きした配管の中に充填することを想定しています．
最終的なシステムを700kPaにするにあたって，充填圧の値から供給完了時間を算出しようとしていました．
そこで充填圧の値を計算する際に，圧損を考慮する必要があるかを悩んでいました．

初期圧力よりも少し高い値で充填し，所定の圧力に近づいたら供給を弱めて，よどませることにします．

ありがとうございました．

回答No.2

ohkawa3

長い配管のガスを供給する点で圧力を観測できるようになっている場合を仮定します。
700 kPaよりも圧力の高い供給源からガスを供給して、観測点の圧力が700 kPaに近づいてきたら供給源の圧力を低下させ、最終的に700 kPa丁度とすることが現実的と思います。
最終的に供給点のガス流量がゼロの状態では、長い配管内部と供給源の圧力は等しく700 kPaとなります。

静的状態と動的状態を切り分ければ、難しくないと思います。

お礼

回答ありがとうございます．「700 kPaよりも圧力の高い供給源」というのは，圧損を考慮した値でしょうか？それとも大体の値でしょうか？

回答No.1

lumiheart

何時間掛かってもいーの？
初期圧700kPaになるまで1時間掛ってもいーの？
何分以内に700kPaになればいーの？

許容誤差は？
699.9kPa～700.1kPaにしなければならないの？
それとも699kPa～701kPaでもいーの？
もしくは600kPa～799kPaではあかんの？
https://www.mgco.jp/magazine/plan/mame/b_control/9809/index.html

お礼

許容誤差や，時間について考える必要があることを忘れていました．

誤差は5％ほどで，時間は早すぎず遅すぎずを考えているので10分とします．充填時間の調整も可能なのでしょうか？