技術士 第一次試験 専門科目 機械部門 流体工学 練習問題 第3問: 水面の高さが一定に保たれた大きな水槽の側壁に、直径20 mmの小さな円形の穴（オリフィス）がある。水面は水槽の底から3.0 m、穴の中心は底から0.50 mの高

流量は約1.32 L/sです。損失がなければ、位置・速度・圧力の各ヘッドの和（全ヘッド）が一定です（ベルヌーイの定理。DOE Fundamentals Handbook Thermodynamics, Heat Transfer, and Fluid Flow Vol.3 Bernoulli's Equation）。

水面（速度0）と穴の出口はともに大気圧なので、穴の中心から水面までの高さH＝3.0−0.50＝2.5 mが速度ヘッドになります。

v＝√(2gH)＝√(2×9.8×2.5)＝7.0 m/s

A＝π×0.020²÷4＝3.14×10⁻⁴ m²

Q＝CAv＝0.60×3.14×10⁻⁴×7.0≒1.32×10⁻³ m³/s

v²/2g＝2.5 mがHと一致します。「1.45 L/s」と「0.590 L/s」は底からの高さ3.0 m・0.50 mをヘッドとした値、「0.933 L/s」はv＝√(gH)とした値、「0.330 L/s」は半径10 mmをπd²/4のdに入れた値です。

小さな穴からの流出速度は、穴の中心から水面までの高さHでv＝√(2gH)、流量はQ＝CAvです。