流量の計算方法

庭の栓や浴室の蛇口などの注ぎ口からの水の流量を見つけることは、バケツとタイマーだけを必要とする簡単な演習です。 側溝や河床などの開いたトラフでの流量の計算は少し複雑であり、閉じたパイプ内の液体の流量の計算はさらに複雑です。

一般に、流量式は次のとおりです。

どこQは流量です、Aは、流れの経路内のある点での断面積であり、vはその点での液体の速度です。 川床を流れる水のような状況では、計算A難しいです、そしてあなたがすることができる最善は概算です。 閉じたパイプを流れる流体のような他のものでは、測定が困難ですv、しかしあなたはそうする必要はありません。 流体圧力を測定できる場合は、ポアズイユの法則を使用できます。

スピゴットやドリップエミッターなどのオリフィスを通過する流量を知る必要がある場合は、 行うことは、特定の量がコンテナに蓄積するのを許可し、それにかかる時間を測定することです 蓄積します。 たとえば、水を5ガロンのバケツに満たして時間を記録することにより、スピゴットからの流量を測定できます。 5を、単位時間あたりのガロン数を取得するのにかかった時間で割ります。 時間を分単位で測定すると、1分あたりのガロンで結果が得られます。

ドリップエミッターなどの小さなオリフィスからの流量を測定するには、クォートジャーなどのはるかに小さな容器と長い時間単位が必要ですが、原理は同じです。 ドリップエミッターは通常、放出する1時間あたりのガロン数で評価されます。 1時間に1ガロンを出すエミッターは、15分でクォートジャーを満たします。

流体が流れているのが見える場合は、その速度を測定できます。つまり、必要なのは、流体が流れている領域だけで、次の式を使用して流量を計算できます。Q​ = ​A​ × ​v​.

流体がオリフィスまたは透明なチューブを通って流れている場合、速度を測定する1つの方法は、マーカーとして染料を導入し、染料が2点を通過するのにかかる時間を測定することです。 チューブまたはオリフィスの半径を測定した後、πを使用して面積を計算できますr​²、次に使用するv​ × ​A流量を計算します。

河床などの自然の特徴を通る流れについては、面積を概算する必要があります。 川の最も深い部分を半円筒形の谷の半径と仮定します。 πを使用して断面積を計算しますr​²、次にその半分を取り、それをに使用しますA方程式でQ​ = ​v​ × ​Aおおよその流量を取得します。

閉じたパイプを通って流体が流れているときは、それを見ることができないため、その速度を測定することはできません。 ただし、圧力計を使用して流体圧力を測定できる場合（通常は簡単に測定できます）、ポアズイユの法則を使用して流量を計算できます。 ポアズイユの法則によると、流量Q圧力差Δによって直接変化しますpパイプの端とパイプの半径の4乗の間r​⁴、およびそれはパイプの長さに反比例して変化しますL. 方程式は次のとおりです。

どこµは流体の粘度です。

ポアズイユの法則は、層流（非乱流）の流れを想定しています。これは、低圧および小さなパイプ直径での安全な想定です。