配管流速・レイノルズ数 計算
流量と配管サイズから管内の平均流速とレイノルズ数を計算し、用途別の推奨流速範囲 (ポンプ吸込・吐出・重力流など) と照らして判定します。同じ流量での呼び径別流速の一覧表付きで、配管サイズ選定に使えます。
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計算結果
平均流速 v
1.690 m/s
推奨範囲内 (ポンプ吐出・一般送液 1〜3 m/s)
呼び径別の流速 (この流量・Sch40 (JIS G 3454))
| 呼び径 | 内径 [mm] | 流速 [m/s] | 判定 |
|---|---|---|---|
| 15A | 16.1 | 68.22 | 速い |
| 20A | 21.4 | 38.61 | 速い |
| 25A | 27.2 | 23.90 | 速い |
| 32A | 35.5 | 14.03 | 速い |
| 40A | 41.2 | 10.42 | 速い |
| 50A | 52.7 | 6.37 | 速い |
| 65A | 65.9 | 4.07 | 速い |
| 80A | 78.1 | 2.90 | 適正 |
| 100A | 102.3 | 1.69 | 適正 |
| 125A | 126.6 | 1.10 | 適正 |
| 150A | 151.0 | 0.78 | 遅い |
| 200A | 199.9 | 0.44 | 遅い |
| 250A | 248.8 | 0.29 | 遅い |
| 300A | 297.9 | 0.20 | 遅い |
配管流速の計算式と推奨範囲
1. 計算の考え方
管内の平均流速は、体積流量を流路断面積で割るだけで求まります。 配管サイズ選定では、この流速が用途ごとの推奨範囲に収まる呼び径を選ぶのが基本です。 速すぎるとエロージョン (壊食)・騒音・振動・圧力損失の増大やウォーターハンマーの リスクが高まり、遅すぎると配管費が過大になるほか、固形分があると沈降・堆積します。
2. 使用する式
- 平均流速
- A = πD² / 4 v = Q / A
- レイノルズ数
- Re = ρ v D / μ
- 流れの状態 (層流 / 乱流) を表す無次元数です。Re < 2300 で層流、 2300〜4000 は遷移域、4000 以上でほぼ乱流とみなします。
3. 記号と単位
| 記号 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| Q | 体積流量 | m³/s |
| D | 管内径 | m |
| A | 流路断面積 | m² |
| v | 平均流速 | m/s |
| ρ | 密度 | kg/m³ |
| μ | 粘度 | Pa·s (1 mPa·s = 1 cP) |
| Re | レイノルズ数 | — |
4. 推奨流速の目安 (液体)
| 用途 | 推奨流速 [m/s] |
|---|---|
| ポンプ吐出・一般送液 | 1〜3 |
| ポンプ吸込 (NPSH 確保) | 0.5〜1.5 |
| 重力流下 (自然流下) | 0.3〜1 |
| 高粘度液 (50 mPa·s 超) | 0.3〜1.5 |
- 実務慣行の代表値です (経済流速の考え方)。プロジェクトの配管設計基準がある場合は そちらを優先してください。
- ポンプ吸込側を遅めに取るのは、圧力損失を抑えて NPSHa を確保するためです (ポンプ揚程・動力・NPSHa 計算参照)。
- 炭素鋼配管の清水で目安 4 m/s。銅合金管はエロージョン・コロージョン (潰食) のため 1.5〜2 m/s 程度に、樹脂管はウォーターハンマー時のサージ圧・継手応力を 考慮して低め (目安 1.5 m/s 以下) に抑えるのが実務慣行です。 スラリー・腐食性液はさらに条件が厳しくなります。
5. 適用範囲と注意点
- 非圧縮性の単相液体が対象です。気体・蒸気の推奨流速は別体系 (低圧蒸気で 15〜30 m/s 程度) で、このツールの判定は適用できません。
- 平均流速です。局所流速 (エルボ外周・絞り部など) はこれより速くなります。
- 推奨範囲は起点であって合否基準ではありません。最終的には圧力損失・NPSH・ エロージョン・騒音・経済性を合わせて判断します。
6. 出典
- 化学工学便覧 (丸善) — 管内流動・経済流速
- Perry’s Chemical Engineers’ Handbook 8th Ed., Section 6 — Fluid and Particle Dynamics
- JIS G 3452 / G 3454 / G 3459 — 配管寸法 (内径の算出)