技術士一次試験 機械部門 令和7年 Ⅲ-33 解答・解説|軸流ファンの効率と速度ヘッド

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令和7年度 技術士第一次試験 機械部門 専門科目 Ⅲ-33 問題文 壁に取り付けた軸流ファンが室内の空気を排出するときのファン効率を求める問題
技術士一次試験 機械部門 令和7年 Ⅲ-33 解説 正答④ 全ヘッドが速度ヘッドのみであることから有効仕事率を求め効率0.77を導く

正答

④ 0.77

解き方のポイント

問題文の条件から、ベルヌーイの式のどの項が残るかを見極めるのがポイントです。

流体の全ヘッドは H=V²/(2g)+P/(ρg)+z の3項からなります。この問題では

圧力ヘッド:上流側と下流側がどちらも大気圧なので、差はゼロ・位置ヘッド:水平に排出するので、高低差はゼロ・速度ヘッド:流入速度0、排出速度22 m/s なので、これだけが残る

したがって H=V²/(2g) です。

有効仕事率は L・η=ρQgH で、流量は Q=AV です。整理すると

η=ρgH・Q/L=ρ・(V²/2)・AV/L=ρV³A/(2L)

数値を代入します。断面積は A=π×0.3²/4=0.0707 m²、L=0.60 kW=600 W なので

η=(1.23×22³×0.0707)/(2×600)=925.8/1200=0.771≒0.77

効率が1を超えたら計算ミスです。⑤の1.00を選んでしまった場合は、どこかで単位換算(kW→W)を落としている可能性が高いでしょう。

この問題で問われている知識

ファン効率/速度ヘッド/全ヘッド/ベルヌーイの式/有効仕事率

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