ベルヌーイ3水頭
ベルヌーイ3水頭は、水の流れがもつエネルギーを位置水頭、圧力水頭、速度水頭の 3 つの高さで表す整理です。管の高低差、圧力、流速の関係を同じ単位の高さで比べられるため、水理計算の基本になります。試験では、式の意味、単位、似た指標との違いをセットで確認します。
4 枚の画像で解説
セクション別の図解
管路内の流れの上に、位置水頭、圧力水頭、速度水頭が縦に積み上げられた柱として示されています。
ベルヌーイ3水頭は、水のエネルギーを高さに置き換えて見る考え方です。位置水頭は高い場所にある分の力、圧力水頭は押されている分の力、速度水頭は速く流れる分の力を表します。お金を硬貨、紙幣、電子マネーに分けても合計額で比べられるのと同じで、3 つを足すと流れの全体エネルギーを確認できます。
完全流体の流線に沿って 2 点が示され、それぞれの 3 水頭の合計が同じ高さになる様子が描かれています。
ベルヌーイの原理では、摩擦などの損失を考えない完全流体では、同じ流線上で位置水頭 z、圧力水頭 p/γ、速度水頭 v²/2g の合計が保たれます。高い位置でゆっくり流れる水は位置の分が大きく、低い場所で速くなると速度の分が増えます。3 つのどれかが増えると別の水頭が減る、エネルギーの入れ替わりとして理解すると計算式が見えやすくなります。
ベルヌーイの整理では、水のエネルギーを位置水頭、圧力水頭、速度水頭に分けます。エネルギー線は3つを含み、動水勾配線は位置水頭と圧力水頭を示すため、両者の差は速度水頭になります。
ベルヌーイ3水頭は、位置、圧力、速度のエネルギーを高さとしてそろえる見方です。管の高低差や流速変化を、同じ単位で比較できます。