タンク排液時間計算ツール
プラント・プロセス設計向けエンジニアリング計算ツール · 最終更新: 2026年3月
Torricelli式に基づいてタンク底部の開口から液体が流出する時間を計算します。タンク断面積・排液口面積・液面高さから排液完了時間を求めます。バッチ運転・洗浄・緊急排液計画に活用します。
タンク排液時間計算器（Torricelli式）
タンクの底面または側面の孔から流体が流出する時間を計算します。Torricelliの定理 v=√(2gh) に基づき、孔の面積・流量係数・初期水位・最終水位から排液時間を求めます。
主な用途
- タンク洗浄・定期点検時の排液所要時間の見積もり
- バッチ排出・ドレン作業のスケジュール検討
- 緊急排出（ブローダウン）時間の概算
- 消防用水槽・サンプの排水計画の補助計算
計算式と方法論
水位低下に伴い流出速度が変化するため、Torricelliの定理を時間積分して排液時間を求めます。
t = (A_tank / (Cd × A_hole × √(2g))) × 2 × (√h₁ − √h₂)
ここで A_tank はタンク断面積［m²］、A_hole は孔面積［m²］、Cd は流量係数（尖端孔約0.61、丸み付け孔約0.82）、h₁・h₂ は初期・最終液位［m］、g は重力加速度です。底面まで完全に排出する場合は h₂=0 とします。
前提条件と制限事項
- 大気開放・準定常流れ（液面降下が緩やか）を仮定
- タンク断面積が一定（直立円筒など）であること
- 配管摩擦損失や出口配管長は孔流出として簡略化
- 高粘度流体・気液同伴・渦（ボルテックス）は考慮しない
設計上の注意点
排液時間は孔面積に反比例し、初期液位の平方根に依存するため、満液からの排出は終盤ほど時間がかかります。実配管では出口配管の摩擦が支配的になる場合があり、その際は等価K係数や圧力損失計算と併用してください。粘性流体では Cd が低下し、渦発生は実効断面を減らすため余裕を見込みます。
計算例
条件:
- 縦型タンク 内径 = 2.0 m（断面積 3.14 m²）
- 排出オリフィス d = 50 mm（A₀ = 1.96×10⁻³ m²）、Cd = 0.62
- 初期液高 h₁ = 3.0 m、空まで排液
方法: t = (A_tank/(Cd·A₀))·√(2/g)·(√h₁ − √h₂) = (3.14/(0.62·1.96×10⁻³))·√(2/9.81)·(√3 − 0)。
結果: 排液時間 t ≈ 2020 s ≈ 33.7 分。
解釈: 流出は√hに従うため最後の1 mに不相応に時間がかかり、34分の大半は下部の排液に費やされます。これは段取り時間に影響します。排出配管が長いとTorricelliでなく配管摩擦が支配し、この重力推定は楽観的になります。
よくある誤用・注意点
- 理想のトリチェリ速度√(2gh)を流出係数（約0.6〜0.65）なしに使うこと — 排液速度を約40%過大評価します。
- 円錐や横置円筒なのに断面積一定を仮定すること — 液面対時間のプロファイルが誤ります。
- 密閉（非通気）タンクが排液で真空を引くことを忘れること — 開放通気の予測を大きく下回って流れが絞られます。
- 粘性流体や長い排出配管に非粘性理論を適用すること — オリフィスだけでなく摩擦が排液時間を支配します。
よくある質問
Torricelli式の前提条件は？
非粘性・非圧縮性流体で自由表面があることを前提とします。タンク断面積が排出オリフィスより十分大きいことも仮定します。流出係数（0.6〜0.65）で実流体の影響を補正します。
タンクが空になるにつれ排液が遅くなるのはなぜ？
駆動力は静水圧ヘッド（排出口上の液面高さ）です。液面が下がるとヘッドが減少し、流出速度が低下し、流量が減少します。そのため排液は指数的に遅くなります。
利用上の注意
- 更新: 2026年3月
- 用途: 予備エンジニアリング検討支援
本ツールは教育および概算検討を目的としています。計算結果は、前提条件、入力値、流体・材料物性、使用式の適用範囲によって大きく変わる場合があります。設計、調達、製作、運転、安全上の判断に使用する前に、重要な計算は必ず独立して検証し、適用規格・仕様書および正式な設計レビュー手順に従ってください。