窒素を配管に一定圧で送った際の流量計算

質問

内径1.5 インチの配管に 100psi の圧で窒素を送った場合の Rate（m3/h）は、いくらですか？また 2及び１インチの場合はいくらですか？
75psiで １インチ＝740m3/h 2インチ=4000m3/h というDATAあるのですが できれば計算式も教えていただきたく。
配管による摩擦は、考慮する必要は在りません。
宜しくお願い致します。

回答No.3

noname#230359

前回のアドバイスの後半に記述している内容が、回答です。

実際は、使用する配管径と同じ断面積をＮ２ボンベから取ると、
＊ 配管内の流速が増し、圧力損失の大きい使用になる
　 そのため、適正流速が求められています
　 Ｎ２なら、静電気等も発生する恐れもありますし
＊ ボンベ内の圧力が著しく低下する
　 Ｎ２供給源として、役に立たなくなる
等々により、ボンベの出口は、接続配管の（１／数十）の断面積を有する
バルブをセットして、開閉をしています。
ですから、開放の条件ですが、本来の（１／数十）の流速（流量）しか
配管内には流れません。

それが、適正流量です。
配管内の適正流量に合せて、ボンベ出口のバルブ開効率を流量計等で調整して、
使用するのが、本来の使用法です。

貴殿からの提示流量は、使用するにあたり、配管の適正流量だと思います。

流量は、流速×断面積です。
＊ Ｎ２ボンベのバルブの開口は、
　 断面積が非常に小さく、07MPaの圧力が作用するので、流速は非常に速い
しかし、
＊ その後の、配管は、断面積が大きくなり、それに反比例して、流速が低下

この流速が、配管の適正流速となる様に、Ｎ２ボンベのバルブの開口を調整する
流速と流量は、配管内では、比例関係なので、流速の内容は流量の内容

以上を補足します。

お礼

ありがとうございます。
窒素の供給方法ですが、ボンベではなく 液体窒素を気化させそれを Regulator経由で 100psiで1.5 インチの配管を通して、タンク気相部（多い時で５００ｍ３）の酸素濃度を3%まで一気に下げます。

回答No.2

noname#230359

確認できましたか？

先ず、100psiから、配管内の流速を求めます。
ベルヌーイの定理より、流体の圧力水頭を速度水頭に変換します。
昔人間なので、以下をMKS単位で記述します。

圧力水頭（静圧） ＝ 速度水頭（動圧）、比重量（密度）は、空気で代用
P（圧力）kg/m2÷γ（比重量）kg/m3＝ v（速度）m/sec × v（速度）m/sec ÷〔2×g（重力加速度）m/sec2〕
圧力が100psi なので、100psi×7・1000 ≒ 0.7MPa ≒ 7,000,000kg/m2となり、

で、求めますと、流速は、音速付近までになります。
ですから、配管抵抗等が、非常に影響する領域になります。
また、Ｎ2ボンベのバルブ（コック）は、ニードル形状で、断面積も非常に
小さいタイプとなり、その後の流速（流量）を決定する方向になります。
<バルブとその後の配管の断面積の差は、数十倍です>

因って、0.7MPa時のエア配管チューブの流量を参考に、考えるのが
妥当と思います。

お礼

ありがとうございます。
Ｑ (m3/sec)＝Ａ・ｖ＝Ａｘ（２ｇΔｈ）＾（１／２）で
算出したところ、
1"＠100psi：1914m3/h、1.5"＠100psi：4307m3/h、2”＠100psi：7657m3/hとなりました。
ただ、手元資料では、１”@75 psiで740m3/h、 50psiで530 m3/h（式は分かりませんが）とあり上記で計算すると、それぞれ1658m3/h、1354m3/hとなりこの違いが良く分かりません。

回答No.1

noname#230359

窒素は、空気と略同じ条件です。

空圧メーカーのカタログに、圧力と配管径、流量が記述した
ページがあるので、参照して確認して下さい。

配管による摩擦を、多少考慮してあります。
流量と配管断面積で、流速が求まります。
各配管サイズで流速確認して下さい。
また、圧力と流速の関係は、2乗比例なので、換算には注意を。
<これも、各圧力毎に、流量を前述で確認すると判ります>

計算方法は、この森を、『流速』『圧力』『流量』のキーワードで
検索しますと、沢山でてきます。

小生も、同じ様な内容を5回以上アドバイスしています。

お礼

回答ありがとうございます。早速 検索してみます。