개념 한 쪽
소방설비산업기사(기계) 부차적 손실과 등가길이 — 배관 유속·손실계수 계산
소화설비 배관의 유속은 유량을 단면적으로 나누어 구하고, 마찰손실은 다르시-바이스바하 식으로 계산한다. 손실수두에서 마찰계수를 역산하고, 피토관으로 잰 중심 유속에서 평균 유속과 유량을 만들며, 오리피스의 속도계수와 측정 기구의 구분까지 다룬다.
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뜻
유속은 유량을 단면적으로 나눈다. 유량 0.75m³/min은 초당 0.0125m³이고, 안지름 100mm 관의 단면적은 π×0.05²이므로 평균 유속은 약 1.59m/s가 된다.
마찰손실수두는 h_f=f(L/D)(v²/2g)로 계산한다. 안지름 250mm, 길이 218m인 주철관을 3.6m/s로 흐르는 물은 마찰계수 0.05를 넣어 약 28.8m의 손실수두를 가진다.
반대로 손실수두와 관 조건을 알면 마찰계수를 구할 수 있다. 직경 15cm, 길이 40m 구간에서 유속 5m/s, 손실수두 6m이면 식을 마찰계수에 대해 정리해 약 0.0176이 된다.
층류 한계 유속도 레이놀즈수로 구한다. 동점성계수 0.01cm²/s, 임계 레이놀즈수 4000, 지름 2cm이면 한계유속은 20cm/s다. 20℃ 물에서 임계값 2100, 동점성계수 1.006×10⁻⁶m²/s, 지름 2cm이면 최대 평균속도는 약 0.106m/s가 된다.
압력차를 손실수두로 바꾸면 유량까지 갈 수 있다. 압력차 9810Pa은 물 수두 1m에 해당하고, 반지름 3cm, 길이 15m, 마찰계수 0.025인 관에서는 유량이 약 5.0L/s가 된다.
피토관은 정체압과 정압의 차이로 유속을 구한다. 풍동 지름 400mm에서 수주 차가 80mmAq와 40mmAq이면 차이는 39.2Pa이고, 공기 밀도 1.25kg/m³을 넣어 중심 유속이 약 7.92m/s, 평균 유속이 중심의 3/4인 약 5.94m/s가 된다. 여기에 관 단면적을 곱하는 절차로 유량을 구한다.
오리피스의 속도계수는 실제 유속을 이상 유속 √(2gH)로 나눈 값이다. 수두 9m에서 실제 유속이 11m/s이면 이상 유속은 약 13.3m/s이므로 속도계수는 약 0.83이다. 소화배관의 유량과 유속을 재는 기구 가운데 마노미터는 압력 측정기이므로 해당하지 않는다.
예제
선지 판단은 유속을 유량과 단면적으로 계산하는지, 다르시 식으로 손실수두를 구하는지, 손실수두에서 마찰계수를 역산하는지, 임계 레이놀즈수로 한계 유속을 구하는지, 피토관 중심 유속에 3/4을 곱해 평균 유속을 만드는지, 속도계수를 실제 유속과 이상 유속의 비로 읽는지, 마노미터를 유량·유속 측정기구에서 제외하는지에서 갈린다.
자주 묻는 물음
- 배관 유속은 어떻게 구하나요?
- 유량을 단면적으로 나눕니다. 0.75m³/min, 안지름 100mm 관이면 약 1.59m/s입니다.
- 손실수두에서 마찰계수는 어떻게 구하나요?
- 다르시-바이스바하 식을 마찰계수에 대해 정리합니다. h_f=f(L/D)(v²/2g)에서 f를 남깁니다.
- 속도계수는 무엇의 비인가요?
- 실제 유속을 이상 유속 √(2gH)로 나눈 값입니다. 항상 1보다 작습니다.
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