チョークドフロー計算機

履歴背景

チョーク流れとは、流体力学において、ノズルやオリフィスの様な絞りを通して流れる圧縮性流体の流量が、流体中の音速によって制限される状態を指します。これは、下流圧力が上流圧力に対して十分に低い場合に発生し、絞りの最も狭い部分で流れが音速に達します。チョーク流れは、特にガスや航空宇宙工学において、ノズル、パイプ、バルブの設計において重要な概念です。

計算式

圧縮性ガスのチョーク流量は、次の式を用いて計算できます。

\[ \dot{m} = A \cdot P_1 \cdot \sqrt{\frac{\gamma}{R \cdot T}} \cdot \left(\frac{2}{\gamma + 1}\right)^{\frac{\gamma + 1}{2(\gamma - 1)}} \]

ここで：

• $\dot{m}$ = チョーク流量 (kg/s)
• $A$ = 流路面積 (m²)
• $P_1$ = 上流圧力 (Pa)
• $\gamma$ = 比熱比
• $R$ = 特定気体定数 (J/kg·K)
• $T$ = 温度 (K)

計算例

上流圧力$P_1 = 500,000 \, \text{Pa}$、流路面積$A = 0.01 \, \text{m}^2$、比熱比$\gamma = 1.4$、温度$T = 300 \, \text{K}$、気体定数$R = 287.05 \, \text{J/kg·K}$のガスでは、チョーク流量は次のようになります。

\[ \dot{m} = 0.01 \cdot 500,000 \cdot \sqrt{\frac{1.4}{287.05 \cdot 300}} \cdot \left(\frac{2}{1.4 + 1}\right)^{\frac{1.4 + 1}{2(1.4 - 1)}} \approx 3.57 \, \text{kg/s} \]

重要性と適用事例

チョーク流れは、多くの工学分野で重要です。例えば：

• ガス管: 安全かつ効率的な流量を確保する。
• ロケットエンジン: 最大推力のためのノズル設計を最適化する。
• 安全逃し弁: 圧力システムが安全限界を超えないようにする。

これらの用途では、流量の予測が性能と安全のために不可欠です。

よくある質問

1. チョーク流れとは？ チョーク流れは、絞り部で音速に達したためにガスの流量が最大となり、上流圧力を上げてもそれ以上増加しない状態です。

2. チョーク流れに影響を与える要因は？ チョーク流れは、上流圧力、流路面積、ガスの比熱比、温度に依存します。

3. チョーク流れは液体でも起こりますか？ いいえ、チョーク流れは、音速に関連しているため、圧縮性流体（ガス）に特有です。液体には音速が制限要因として働かないためです。