流体・配管条件
⚠️ 流速 > 3 m/s — 配管摩耗・振動・ウォーターハンマーのリスクがあります。
バルブリスト（直列）
計算結果
Kv値による圧力損失
$$\Delta P = \left(\frac{Q}{K_v}\right)^2 \cdot \frac{\rho}{1000}\text{ [bar]}$$
$Q$：流量 [m³/h]、$K_v$：流量係数 [m³/h/√bar]
直列合成Kv:
$$\frac{1}{K_{v,total}^2}= \sum_i \frac{1}{K_{v,i}^2}$$
流速:
$$v = \frac{Q/3600}{\pi(DN/2000)^2}\text{ [m/s]}$$
各バルブ種別の ΔP vs Q 比較（管径・密度 = 現在値）
バルブ・配管圧力損失計算ツールとは
🧑🎓
配管設計で「圧力損失」ってよく聞きますけど、バルブの種類でそんなに変わるんですか？例えばゲートバルブと玉形弁でどう違うの？
🎓
大きく変わりますよ！ざっくり言うと、バルブの内部構造が流れを邪魔する度合いが違うんです。実務では、流れをほとんど妨げない「ゲートバルブ」と、流量を細かく調整できるけど抵抗が大きい「玉形弁（グローブバルブ）」がよく比較されます。このツールで、左のバルブリストから種類を選んで「流量Q」のスライダーを動かしてみると、圧力損失ΔPがリアルタイムで変わるのがわかりますよ。
🧑🎓
え、そうなんですか！でも、バルブが複数個、直列につながってる場合はどう計算するんですか？全部の損失を足せばいいの？
🎓
良い質問だね。圧力損失そのものは足し算でOKだけど、バルブ全体の「流れやすさ」を表す合成Kv値の計算はちょっと特殊なんだ。各バルブのKv値の「逆数の二乗」を足して…って計算になる。ツールの「直列合成Kv」の式と、その下に表示される「Kv合計」の値を見てごらん。バルブを追加するたびにKv合計が小さくなって、同じ流量でも圧損が大きくなるのがわかるはず。
🧑🎓
流速も出てますね。これ、管径（DN）を変えるとどうなるんですか？あと、流体の種類（密度ρ）を水から油に変えたら？
🎓
どちらも現場では超重要だ！まず管径DNを小さくしてみて。流速が一気に上がって、圧力損失も増えるのがわかるだろう？配管サイズを決める時の基本だね。次に、右上の「流体密度ρ」を水の1000から、例えば油の850くらいに変えてみて。圧力損失ΔPが少し減るはず。同じ流量でも軽い流体は駆動に必要な圧力が小さくなるんだ。このツールでパラメータをいじることで、感覚がつかめるよ。
物理モデルと主要な数式
バルブや管継手による圧力損失は、流量係数Kv値を使って次のように計算されます。これは実務で最も広く使われる規格に基づいた式です。
$$\Delta P = \left(\frac{Q}{K_v}\right)^2 \cdot \frac{\rho}{1000}\text{ [bar]}$$
$Q$：体積流量 [m³/h]
$K_v$：流量係数 [m³/h/√bar]。1 barの圧力差でバルブを通過する水の流量で定義され、値が大きいほど流れやすい（圧損が小さい）バルブです。
$\rho$：流体密度 [kg/m³]
$\Delta P$：圧力損失 [bar]
配管中に複数のバルブが直列に配置されている場合、システム全体の流量係数（合成Kv値）は以下の関係から求められます。個々のバルブの抵抗の「二乗逆数和」が全体の抵抗になる関係です。
$$\frac{1}{K_{v,total}^2}= \sum_{i=1}^{n}\frac{1}{K_{v,i}^2}$$
ここで$K_{v,i}$はi番目のバルブの流量係数、$K_{v,total}$は直列系統全体の合成流量係数です。この値を使って上の圧力損失式の$K_v$に代入すれば、全バルブによる合計圧損が計算できます。
実世界での応用
プラント配管設計：化学プラントや発電所では、数百に及ぶバルブが配管系統に組み込まれています。ポンプの選定（必要な揚程の決定）や、所定の流量を確実に流せる配管径の設計に、本ツールのようなKv値に基づく圧損計算が不可欠です。
空調・衛生設備（HVAC）：ビルの空調冷水・温水系統や給排水配管の設計で応用されます。特に省エネルギー設計が求められる現代では、不必要な圧力損失（=ポンプ動力の無駄）を生むバルブ選定を避けるため、設計初期段階での簡易計算ツールの活用が有効です。
流体機械のシステムインテグレーション：ポンプやコンプレッサーなどの流体機械を既存の配管系統に組み込む際、システム特性曲線を予測するために使用されます。バルブによる損失を正確に見積もることで、機械が効率良く動作する運転点を事前にシミュレートできます。
バルブの選定・比較：同じ管径用でも、メーカーや型式によってKv値は異なります。コストと性能（圧損）のトレードオフの中で最適なバルブを選定する際、本ツールで異なるKv値を入力して圧損への影響を即座に比較検討できます。
よくある誤解と注意点
この手の計算で最初にハマりがちなのが、「Kv値はバルブのサイズ（DN）だけで決まる」という思い込みです。実は同じ50A（2インチ）の玉形弁でも、メーカーや型式によってKv値は結構違います。ツールでは代表値を入れていますが、実設計では必ず採用予定のバルブのカタログ値を確認しましょう。次に、「計算したΔPだけ見て満足してしまう」こと。例えば、計算上は許容範囲内でも、流速が3 m/sを超えるようなら、水撃（ウォーターハンマー）や配管のエロージョンが心配です。圧損と流速は常にセットでチェックする癖をつけましょう。最後に、配管自体の摩擦損失の見落とし。このツールはバルブや継手の損失だけです。長い直管が続く場合は、ダルシー・ワイズバッハの式などで管摩擦損失を別途計算し、バルブの損失と合算する必要があります。例えば、100mの直管の損失が0.5 barで、バルブ群の損失が0.3 barなら、合計0.8 barがポンプに要求される揚程です。
関連する工学分野
この圧力損失計算の考え方は、流体力学の「エネルギー損失」という大きなテーマに直結します。配管内の流れはベルヌーイの式で記述され、その中の「損失水頭」がまさにΔPに相当します。また、ポンプ・ファンなどの流体機械の選定とは切っても切れない関係。あなたが計算した全圧力損失は、ポンプの「必要揚程」そのものです。さらに視野を広げると、自動車のエンジンルームや航空機の油圧系統の配管設計でも全く同じ原理が使われています。例えば、航空機の燃料系統では、極限まで軽量化したいので配管径は小さくしたいが、圧損を抑えて確実にエンジンへ燃料を送る必要があります。このトレードオフをKv値とΔPの関係で最適化しているんです。電気回路に例えると、圧力差は電圧、流量は電流、Kv値の逆数は抵抗に相当し、システム工学的な考え方にも通じます。
発展的な学習のために
まず次の一歩としては、「並列配置」の計算に進むのがオススメです。直列が抵抗の和なら、並列は逆に流路が増えるので合成Kv値は単純な足し算になります（$K_{v, parallel} = K_{v1} + K_{v2} + ...$）。実際の配管系統は直列と並列が混在するネットワークなので、そこまで理解できれば応用力がグッと上がります。数学的には、先ほどの直列合成の式 $\frac{1}{K_{v,total}^2}= \sum\frac{1}{K_{v,i}^2}$ の背景にあるのは、圧力損失ΔPが流速の二乗に比例するという事実（$\Delta P \propto v^2$）です。この「二乗則」が式の中に現れていることを意識すると、なぜ逆数の「二乗」を足すのかが腑に落ちるでしょう。より深く学びたい方は、「レイノルズ数」と「損失係数ζ（ゼータ）」を調べてみてください。Kv値は実用的な係数ですが、より基礎的な無次元の損失係数ζを使って $\Delta P = \zeta \cdot \frac{1}{2} \rho v^2$ と表現することもできます。この式を見れば、密度ρと流速vの二乗が圧損にどう効くかが一目瞭然ですよ。