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仕事、仕事率、フローの体積流量の測定

Compressed Air Wiki Basic Theory Physics of Air Compressors

こちらで物理学の基本が分かったので、次は物質の様々な側面の測定に使う物理単位について学ぶとよいでしょう。これが圧縮空気を扱うときに非常に役立ちます。この記事では、仕事、仕事率、およびフローの体積流量の測定の基本について説明します。

機械的仕事およびその測定方法とは

測定計器
機械的仕事とは、力とその力が働く物体までの距離の積と定義することができます。熱の場合とまったく同様に、仕事はある物体から別の物体に移動するエネルギーです。違いは、今度は温度ではなく力の問題だということです。この図では、シリンダ内の気体が運動するピストンにより圧縮されています。圧縮は、ピストンを運動させる力の結果として行なわれます。したがって、エネルギーの移動はピストンから封入された気体に向かって起こります。

このエネルギーの移動は熱力学的な仕事です。仕事の結果は、位置エネルギー、運動エネルギー、熱エネルギーの変化など様々な形を取ります。混合した気体の体積の変化に関わる機械的仕事は、工業熱力学で最も重要なプロセスの1つです。仕事のSI単位はジュール(1 J = 1 Nm = 1 Ws)です。

仕事率の測定方法

仕事率とは単位時間に実行される仕事です。仕事をどれだけ速く実行できるかの尺度です。
仕事率のSI単位はワット(1 W = 1 J/s)です。たとえば、コンプレッサのドライブシャフトの仕事率またはエネルギーフローは、コンプレッサシステムが発する熱と圧縮ガスに加わった熱の和に数値的に近いものになります。

フローの体積流量の測定方法

自由空気吐出量(FAD)の測定、式
The volumetric flow rate of a system is a measure of the volume of fluid flowing per unit of time. It may be calculated as the product of the cross sectional area of the flow and the average flow velocity. The SI unit for volume rate of flow is m3/s. However, the unit liter/second (l/s) is also frequently used when referring to the volume rate of flow (also called the capacity) of a compressor. It is either stated as Normal liter/second (Nl/s) or as free air delivery (l/s). With Nl/s the air flow rate is recalculated to "the normal state", i.e. conventionally chosen as 1.013 bar(a) and 0°C. The Normal unit Nl/s is primarily used when specifying a mass flow.

For free air delivery (FAD) the compressor's output flow rate is recalculated to a free air volume rate at the standard inlet condition (inlet pressure 1 bar(a) and inlet temperature 20°C). The relation between the two volume rates of flow is (note that the simplified formula above does not account for humidity).

自由空気吐出量とは

FADつまり自由空気吐出量です。例を用いてこの用語を説明します。13 barで運転しているコンプレッサの場合、FAD = 39 l/sは何を意味するでしょうか? 13 barの圧力で390 lのタンクを満たすためには、どれくらいの時間が必要ですか? これを計算するには入口の条件に戻ります。それは1 barです。

空の容器から始めた場合、1秒後には、1 barで39リットルが容器の中にあります。10秒後、容器内の圧力は1 barとなります。20秒後の圧力は2 barです。したがって、130秒後には、13 barで満杯となります。次に、使用条件と公称条件の違いです。使用条件は、1bar、20℃、相対湿度0%(RH)を言います。公称条件は、1atm = 1,01325bar、0℃、0% RHを言います。次の定義は、SERすなわちエネルギー源単位(SER)です。これは、1リットルのFADをある圧力で吐出するために必要なエネルギー量を意味します。

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