出典：建築物衛生管理技術者試験令和6年度(2024年)｜空気環境の調整第51問
問題
流体の基礎に関する次の文章の（ ）内に入る語句の組合せとして、正しいものはどれか。 流管の二つの断面A、B間における流れの力学的エネルギーの保存を仮定すると以下の式が得られる。 この式は、ベルヌーイの定理と呼ばれ、各辺の第一項（ ア ）、第二項を（ イ ）、第三項を位置圧と呼ぶ。なお、実際の流れでは、（ ウ ）が生じることから、左辺と右辺には差異が生じる。 ただし、ρ：密度、U：速度、P：圧力、g：重力加速度、h：高さ。
(1) ア：動圧 イ：絶対圧 ウ：圧力損失
(2) ア：動圧 イ：静圧 ウ：圧力損失
(3) ア：動圧 イ：静圧 ウ：圧力水頭
(4) ア：静圧 イ：動圧 ウ：圧力損失
(5) ア：静圧 イ：絶対圧 ウ：圧力水頭
ビル管過去問｜流体力学の基礎（圧力流速ベルヌーイの法則）を解説
この問題は、ベルヌーイの定理における各項の意味を正しく理解しているかを問う問題です。流体のエネルギーは、速度によるエネルギー、圧力によるエネルギー、高さによるエネルギーとして整理されます。ベルヌーイの式では、第一項が動圧、第二項が静圧、第三項が位置圧に対応します。一方で、実際の流れでは摩擦や形状変化の影響で圧力損失が生じるため、理想流体のように完全な保存は成り立ちません。したがって、正しい選択肢は(2)です。
(1) ア：動圧 イ：絶対圧 ウ：圧力損失
不適切です。ベルヌーイの式における第一項が動圧である点と、実際の流れで圧力損失が生じる点は正しいです。しかし、第二項は絶対圧ではなく静圧です。ベルヌーイの式で扱う圧力Pは、流体内部に働く圧力エネルギーを表すものであり、一般に静圧として理解します。絶対圧は真空を基準にした圧力であり、圧力の表し方の一種です。ベルヌーイの各項の名称として問われたときに、静圧を絶対圧に置き換えることはできません。ここは、圧力の基準の話と、ベルヌーイの式のエネルギー区分の話を混同しないことが大切です。
(2) ア：動圧 イ：静圧 ウ：圧力損失
適切です。ベルヌーイの定理では、流体の力学的エネルギーを三つに分けて考えます。速度に由来するエネルギーが動圧、圧力に由来するエネルギーが静圧、高さに由来するエネルギーが位置圧です。したがって、第一項は動圧、第二項は静圧、第三項は位置圧となります。また、実際の配管やダクトの中の流れでは、管壁との摩擦や曲がり、弁、断面変化などによってエネルギーが失われます。これを圧力損失といい、そのため理想的なベルヌーイの式の左右は完全には一致しません。この問題は、理想流体の式と実在流体の違いを理解していれば、落ち着いて正答できる内容です。
(3) ア：動圧 イ：静圧 ウ：圧力水頭
不適切です。第一項が動圧、第二項が静圧という点は正しいですが、ウが誤っています。実際の流れで生じるのは圧力水頭ではなく、圧力損失です。圧力水頭とは、圧力を水柱の高さに換算して表したものであり、損失そのものを意味する言葉ではありません。水頭はエネルギーを高さで表現した概念であって、流れの途中で失われるエネルギーを指す用語ではないのです。似た言葉なので紛らわしいですが、圧力水頭は表現方法、圧力損失は現象そのものと整理すると区別しやすくなります。
(4) ア：静圧 イ：動圧 ウ：圧力損失
不適切です。ウの圧力損失は正しいものの、アとイが逆です。ベルヌーイの式では、速度の二乗に関係する項が動圧、圧力Pに関係する項が静圧です。速度が大きいほど増えるのが動圧であり、流れが速い部分ではこの成分が大きくなります。一方、静圧は流体が周囲に及ぼす圧力として理解されるものです。動圧と静圧はどちらも圧力の次元を持つため混同しやすいですが、何に由来するエネルギーかで区別すると整理しやすくなります。速度由来なら動圧、圧力そのもの由来なら静圧です。
(5) ア：静圧 イ：絶対圧 ウ：圧力水頭
不適切です。三つとも誤りを含んでいます。第一項は静圧ではなく動圧です。第二項も絶対圧ではなく静圧です。さらに、実際の流れで生じるのは圧力水頭ではなく圧力損失です。特にこの選択肢は、似た用語を多数並べて受験者を混乱させる典型的なひっかけです。ベルヌーイの式における名称は、動圧、静圧、位置圧の三つであることを基本形として確実に覚えておく必要があります。
この問題で覚えるポイント
ベルヌーイの定理は、流体の力学的エネルギー保存を表す基本式です。 理想的な流れでは、動圧、静圧、位置圧の和が一定になります。 動圧は速度に由来するエネルギーです。流速が大きいほど大きくなります。 静圧は流体がもつ圧力エネルギーです。配管やダクトの壁に及ぼす圧力としてイメージすると理解しやすいです。 位置圧は高さに由来するエネルギーです。高い位置ほど大きくなります。 実在流体では、摩擦、曲がり、急拡大、急縮小、機器通過などによって圧力損失が発生します。 理想流体では損失を考えませんが、実務では圧力損失を必ず考慮します。 絶対圧は圧力の基準の取り方です。静圧とは別概念です。 水頭は圧力やエネルギーを高さで表したものです。損失そのものを意味する言葉ではありません。 試験では、動圧静圧位置圧の対応関係と、理想流体と実在流体の違いが頻出です。
ひっかけポイント
静圧と絶対圧を同じもののように見せるひっかけに注意が必要です。絶対圧は基準の違い、静圧はエネルギー項の名称であり、役割がまったく異なります。 圧力損失と圧力水頭を入れ替えるひっかけもよくあります。どちらも圧力に関係する語なので混同しやすいですが、前者はエネルギー損失の現象、後者は高さ換算の表現です。 動圧と静圧は、どちらも圧力の単位で表されるため、名称だけを暗記すると逆にしやすいです。速度に関係するのが動圧という本質で覚えることが重要です。 一部だけ正しい選択肢に惑わされやすい問題です。二つ合っていて一つだけ違う選択肢でも不正解になるため、三つすべてを丁寧に確認する習慣が必要です。 日常感覚では「圧力」と聞くとすべて同じように感じますが、試験では静圧、動圧、絶対圧、水頭、損失を厳密に区別することが得点につながります。
