オリフィス板のソースを表示

{{出典の明記|date=2011年7月}}
{{Expand English|date=2024年8月}}
オリフィスとは、薄い壁に開けた流体を流す小さな穴のことで、そのような穴をつけた薄板を'''オリフィス板'''（{{lang-en|orifice plate}}）と呼び、流量を板の位置で調節し、また測定にも使われる。一般には、流体を流す円管の中に置き、円盤や円筒の形をした絞りになっているが、測定に使う精密なものでは、形状や計測方法を JIS Z 8762 で定めている。高い[[圧力損失]]を利用して、[[ショックアブソーバー]]などにも使われている。流体を流す穴の長さが、穴の断面積に対して比較的長いものはチョークと呼ばれ、オリフィスとは区別される。

== 原理 ==
直径 <math>D</math> の円管よりも小さい 直径 <math>d</math> のオリフィス板を入れると、[[ベルヌーイの定理]]により下流側では圧力が下がる。この前後の[[圧力]]差から[[流量]]を求める。同じ原理を使用して流速を測るものに[[ピトー管]]がある。

== 流量の計測 ==
流量''Q'' [m<sup>3</sup>/s] はオリフィス板前後の差圧 &Delta;''p'' [Pa] から次式で求められる：
:<math>Q = \alpha\epsilon A\sqrt{\frac{2\Delta p}{\rho}}</math>
ただし、&alpha;（に含まれる流出係数 ''C'' ）を求める式には[[レイノルズ数]]''Re''{{sub|D}}が含まれ、''Re''{{sub|D}}　を求めるためには流量''Q'' を知る必要があるため、この式の右辺は直接計算することができない。そのため、流量''Q'' を求めるためには[[反復法 (数値計算)|イタレーション]]が必要となる。

ここで、
* <math>\alpha = \frac{C}{\sqrt{1-\beta^4}}</math>
* <math>\epsilon = 1-\frac{(0.41+0.35 \beta^4)}{\kappa}\cdot\frac{\Delta p}{p_1}</math>  ：'''膨張補正係数'''
* <math>A = \frac{\pi}{4}d^2</math> ：[[絞り]]断面、m<sup>2</sup>
* ''ρ'': 流体の[[密度]]、kg/m<sup>3</sup>

* ''C'' は'''流出係数'''と呼ばれ(河川学における同名の「流出係数」とは違う意味である)、下記の式により求める。
:: ''L''<sub>1</sub> < 0.4333 のとき
:::<math>C = 0.5959 \,+\, 0.0312 \beta^{2.1} \,-\, 0.1840 \beta^8 \,+\, 0.0029 \beta^{2.5}\left(\frac{10^6}{Re_\mathrm{D}}\right)^{0.75} \,+\, 0.0900 L_1 \frac{\beta^4}{1-\beta^4} \,-\, 0.0337 L_2 \beta^3</math>
:: ''L''<sub>1</sub> ≧ 0.4333 のとき
:::<math>C = 0.5959 \,+\, 0.0312 \beta^{2.1} \,-\, 0.1840 \beta^8 \,+\, 0.0029 \beta^{2.5} \left(\frac{10^6}{Re_\mathrm{D}}\right)^{0.75} \,+\, 0.0390 \frac{\beta^4}{1 - \beta^4} \,-\, 0.0337 L_2 \beta^3</math>
* <math>\beta = d/D</math> ：絞り直径比
* ''&kappa;''：'''アイゼントロピック指数'''（[[理想気体]]では[[比熱比]]に等しく5/3）
* ''p''{{sub|1}} ：オリフィス上流側の圧力取出口の圧力、Pa
* ''d'' ：絞り直径, m
* ''D'' ：円管の直径, m


* ''L''<sub>1</sub> ：オリフィス板上流面から上流側圧力取出し口までの距離を''D'' で割った値
* ''L''<sub>2</sub> ：オリフィス板下流面から下流側圧力取出し口までの距離を''D'' で割った値
* <math>Re_\mathrm{D} = UD/\nu</math> ：円管直径''D'' を代表長とする[[レイノルズ数]]


* <math>U = Q/\left(\frac{\pi}{4}D^2\right)</math> ：管路内の平均流速、m/s
* ''&nu;'' ：流体の[[動粘性係数]]、m<sup>2</sup>/s

== 参照 ==
{{Reflist}}

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{{DEFAULTSORT:おりふいすはん}}
[[Category:流体力学]]
[[Category:化学工学]]
[[Category:水理学]]