オリフィス

オリフィスとは

オリフィス（Orifice）は、配管やダクトに設置された小さな開口部で、流体の流量や圧力を制御するために使用されます。オリフィスプレートは、円形または楕円形の開口部を持ち、流体が通過する際に圧力の変化を引き起こします。

流体がオリフィスを通過する際、その速度が増加し、圧力が減少します。この圧力の変化を測定することで、流体の流量を計算することができます。オリフィスプレートは、流量測定において非常に一般的な方法であり、その原理はベルヌーイの定理に基づいています。

ベルヌーイの定理

ベルヌーイの定理は、流体力学の基本原理の一つであり、流体の速度、圧力、位置エネルギーの関係を説明しています。オリフィスプレートを使用することで、この定理が適用されます。

速度の変化
• 流体がオリフィスの小さな開口部を通過するとき、流体の速度が増加します。これは、流体が同じ量の体積をより小さな断面積を通過する必要があるためです。

圧力の変化
• 速度が増加すると、流体の圧力は減少します。この関係はベルヌーイの定理によって説明され、速度と圧力の変化は以下の式で表されます。
  P₁ + ½ ρ v₁² = P₂ + ½ ρ v₂²
  ここで、Pは圧力、ρは流体の密度、vは流速です。

オリフィスプレートを使用すると、流体がオリフィスを通過する際の圧力差（ΔP）を測定することができます。この圧力差を利用して、流量（Q）を計算することができます。

圧力差と流量の関係
• オリフィスプレートの前後の圧力差は、流体の流量に直接関係しています。流量は次の式で求められます。
  Q = C_d A √(2 ΔP / ρ)
  ここで、C_dは流出係数、Aはオリフィスの開口面積、ΔPは圧力差、ρは流体の密度です。

オリフィスの主な種類

1. オリフィスプレート
• オリフィスプレートは、流量測定に最も一般的に使用されるタイプで、配管に挟まれて設置されます。圧力差から流量を計算します。

2. ノズルオリフィス
• ノズルオリフィスは、流体の速度を高めるために使用されます。流量を制御するだけでなく、特定の方向に流れを導くためにも使われます。

3. ベンチュリオリフィス
• ベンチュリオリフィスは、オリフィスプレートと似ていますが、流体の圧力損失が少ないため、高精度の流量測定が可能です。