流動
ファニングの式・管摩擦係数(圧力損失)
液体やガスが配管の中を流れるとき、配管の壁との摩擦によって圧力が少しずつ失われていきます。
このツールは、配管の太さ・長さ・流速・粘度に加え、配管内面のざらつき(粗さ)も考慮して、その圧力損失を計算します。
ポンプの選定や、配管が長い経路でどれくらい圧力が落ちるかを見積もる際に使う、配管設計の基本計算の一つです。
配管の圧力損失(ファニングの式)の使い方と考え方
配管の内径・長さ・流速・粘度に加えて、配管内面の粗さ(材質・使用年数で変わります)を入力します。
ΔP = f_D・(L/D)・(ρu²/2)
(層流: f_D=64/Re 、乱流: Colebrook-White式)
考え方は、レイノルズ数と粗さから「管摩擦係数」という抵抗の度合いを求め、それに配管の長さと流速の2乗を掛け合わせて圧力損失を計算する、というものです。
粗さが分からない場合は、新しい鋼管などの標準的な値を仮定して概算に使えます。
配管摩擦損失（直管圧損）計算ツールの概要
本ツールは、配管内を流体が流れる際に生じる直管部の圧力損失（摩擦損失・水頭損失）を算出する計算ツールです。
流体工学で最も信頼性の高い代表的な理論式であるDarcy-Weisbach（ダルシー・ワイスバッハ）の式と、管摩擦係数を求める近似式（Colebrook式・Swamee-Jain式など）に基づき、ポンプ揚程の計算や最適な配管サイズの選定に必要な直管抵抗を迅速に把握できます。
直管摩擦損失の計算原理と影響要素
配管内の摩擦圧力損失は、管壁との摩擦や流体内部の粘性抵抗によって発生します。主に以下の要因によって大きくなります。
・管長（配管の長さ）：
配管が長くなるほど、直比例して摩擦損失が増加します。
・配管内径：
配管径が小さくなると、流路抵抗が著しく増大します。
・流速：
圧力損失は流速の2乗にほぼ比例して増大するため、過度な高流速は損失の激増を招きます。
・管内面の粗さ（絶対粗度）：
配管材質（鋼管、ステンレス管、樹脂管など）や経年劣化による内面の粗さが摩擦係数（λ）に影響を与えます。
プラント設計・設備管理における実務上の注意点
1. 配管材質と絶対粗さの目安
配管材質によって内面の滑らかさが異なります。試算時は以下の絶対粗度（mm）を目安として設定します。
・樹脂管（PVC・PEなど）：
0.0015 〜 0.005 mm（非常に滑らか）
・ステンレス管（SUS）：
0.015 〜 0.05 mm
・炭素鋼管（SGP・STPGなど）：
0.045 〜 0.1 mm（新管時）
・経年変化・錆のある鋼管：
0.2 〜 1.0 mm 以上（抵抗が大きく増大）
2. 全圧力損失の評価（継手・弁の局所抵抗）
実際の配管系では、直管部の摩擦損失に加えてエルボやチーズ（T字管）、バルブ（弁類）による局所圧力損失が加算されます。ポンプや送風機（ブロアー）の選定時には、直管損失と局所損失を足し合わせた「全圧力損失」でマージンを見込むことが重要です。
