建築物環境衛生管理技術者(ビル管理士) 過去問
第49回(令和元年度(2019年))
問50 (空気環境の調整 問50)

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問題

建築物環境衛生管理技術者(ビル管理士)試験 第49回(令和元年度(2019年)) 問50(空気環境の調整 問50) (訂正依頼・報告はこちら)

流体力学に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
  • 円形ダクトの圧力損失は、ダクト長さに比例し、ダクト直径に反比例する。
  • 動圧は、速度の2乗と流体の密度に比例する。
  • 開口部の通過流量は、開口部の面積と流量係数に比例し、圧力差の平方根に比例する。
  • 位置圧は、高さの2乗に比例する。
  • ダクトの形状変化に伴う圧力損失は、風速の2乗と形状抵抗係数に比例する。

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この過去問の解説 (2件)

01

不適当なものは「位置圧は、高さの2乗に比例する。」です。

選択肢1. 円形ダクトの圧力損失は、ダクト長さに比例し、ダクト直径に反比例する。

ダクト内を流れる空気などの流体の圧力損失は、ダクトの長さが長くなるほど増加し、直径が大きくなるほど減少します。これは一般的な流体力学の法則に基づいています。

選択肢2. 動圧は、速度の2乗と流体の密度に比例する。

動圧qは、次の式で表されます。

q=(1/2)ρv2

ここで、ρは流体の密度、vは流速です。速度の2乗と密度に比例するため、この記述は正しいです。

選択肢3. 開口部の通過流量は、開口部の面積と流量係数に比例し、圧力差の平方根に比例する。

流体が開口部を通過する流量Qは、次の式で表されます。

Q=CA√(2ΔP/ρ)​

ここで、C は流量係数、A は開口部の面積、ΔPは圧力差、ρは密度です。圧力差の平方根に比例するため、この記述は正しいです。

選択肢4. 位置圧は、高さの2乗に比例する。

位置圧(静水圧)は、次の式で表されます。

P=ρgh

ここで、Pは位置圧、ρは流体の密度、gは重力加速度、hは高さです。高さに比例し、高さの2乗には比例しないため、この記述は誤りです。

選択肢5. ダクトの形状変化に伴う圧力損失は、風速の2乗と形状抵抗係数に比例する。

ダクト内の流体が形状の変化(例えば急激な断面積の変化や屈曲)により生じる圧力損失は、流速の2乗に比例し、形状によって決まる抵抗係数にも依存します。これは流体力学の基本法則に合致しており、正しいです。

まとめ

位置圧は高さに比例し、高さの2乗には比例しません。そのため、「位置圧は、高さの2乗に比例する。」という記述は誤りです。

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02

流体が動く際のエネルギーの状態(静圧、動圧、位置圧)や、ダクト・開口部を通過する際の抵抗や流量の法則を正しく理解しているかを問うています。

選択肢1. 円形ダクトの圧力損失は、ダクト長さに比例し、ダクト直径に反比例する。

【解説】この記述は正しいです。

摩擦による圧力損失はダクトの長さに比例して増え、直径(太さ)が大きくなるほど小さくなる(反比例する)関係にあります。

選択肢2. 動圧は、速度の2乗と流体の密度に比例する。

【解説】この記述は正しいです。

動圧は「1/2×密度×速度の2乗」で表されます。したがって、密度および速度の2乗に比例します。

選択肢3. 開口部の通過流量は、開口部の面積と流量係数に比例し、圧力差の平方根に比例する。

【解説】この記述は正しいです。

開口部を通る流量の式は「流量=流量係数×面積×√(2×圧力差/密度)」となります。面積に比例し、圧力差の平方根(ルート)に比例します。

選択肢4. 位置圧は、高さの2乗に比例する。

【解説】正解です。この記述は誤りです。

位置圧(ポテンシャルエネルギーによる圧力)は「密度 × 重力加速度 × 高さ」で表されます。高さに比例しますが、高さの「2乗」には比例しません。したがって、この記述は誤りです。

選択肢5. ダクトの形状変化に伴う圧力損失は、風速の2乗と形状抵抗係数に比例する。

【解説】この記述は正しいです。

曲がりや拡大などの形状変化による局部抵抗は「形状抵抗係数×密度×速度の2乗/2」で表され、係数と速度の2乗に比例します。

まとめ

流体力学の基本公式における「比例」か「2乗に比例」かの違いは、試験で非常に狙われやすいポイントです。

位置圧: 高さに比例

動圧: 速度の2乗に比例

局部抵抗: 速度の2乗に比例

流量: 圧力差の平方根(ルート)に比例

これらを整理しておくと、数式を丸暗記しなくても文章題に対応できるようになります。

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