덕트 내부의 공기 흐름 속도는 설계와 유지관리에서 핵심 요소이다. 유속이 과도하면 단단한 입자에 의한 마모로 덕트 수명이 단축되고, 마찰손실은 유속의 제곱에 비례하여 증가한다. 덕트 표면 거칠기는 절대표면조도로 표현하며, 덕트 규모와 비교한 상대조도는 마찰손실 평가에 사용된다. 국소배기장치는 후드에서 흡입한 공기를 덕트로 이동시켜 정화장치를 거친 뒤 송풍기로 배출하는 순서를 따른다.
덕트 내 유속은 공기 흐름의 속도를 가리킨다. 유속이 지나치게 빠르면 먼지나 모래 같은 단단한 입자가 벽면과 충돌하여 마모를 일으키며, 이로 인해 덕트 수명이 단축되는 결과가 초래된다고 설명된다. 따라서 특히 단단한 입자상 물질을 수송할 때는 적정 유속을 유지하는 것이 중요하다고 한다.
마찰손실은 덕트 길이가 길수록 커지고 덕트 직경이 작을수록 증가하며, 공기 속도에는 제곱으로 비례하여 민감하게 반응한다고 설명된다. 이 관계를 바탕으로 설계 시 유속을 결정하면 압력손실과 팬 요구 능력을 예측할 수 있다고 한다.
덕트 내벽의 거칠기는 절대표면조도로 수치화되며, 이를 덕트의 수력학적 직경으로 나눈 무차원 값이 상대조도이다. 상대조도가 클수록 마찰손실이 커질 가능성이 크므로, 동일 조건에서 크기가 다른 덕트를 비교할 때 상대조도를 사용하여 영향도를 판단한다고 한다.
국소배기장치는 일반적으로 오염원에서 공기를 흡입하는 후드, 공기 이동을 위한 덕트, 오염물 제거를 위한 공기정화장치, 최종적으로 공기를 배출하는 송풍기의 순서로 연결된다. 송풍기는 보통 정화장치 뒤에 위치하여 음압을 형성하고 흐름을 유지하도록 설계한다고 한다.
예제
유속과 마모 관계 문제는 '유속이 증가하면 마모가 증가하여 수명이 단축된다'라는 인과관계를 먼저 떠올리면 정답을 찾기 쉽다. 마찰손실 관련 문제에서는 '마찰손실 ∝ 속도²'를 기준으로 반비례 설명을 걸러내야 한다. 상대조도 정의 문제는 절대표면조도를 덕트 직경으로 나눈 무차원 값임을 확인하면 옳은 보기를 고를 수 있다. 국소배기 계통도 문제는 '흡입→이동→정화→배출'의 흐름으로 배열된 선택지를 찾으면 정답을 판단할 수 있다.
대표 기출 3문항
다음 중 덕트내 유속에 관한 설명으로 옳은 것은?
덕트내 압력손실은 유속에 반비례한다.
같은 송풍량인 경우 덕트의 직경이 클수록 유속은 커진다.
같은 송풍량인 경우 덕트의 직경이 작을수록 유속은 작게 된다.
주물사와 같은 단단한 입자상 물질의 유속을 너무 크게 하면 덕트 수명이 단축된다.
정답과 해설 보기
정답 ④ · 문항은 덕트 내 유속 관련 설명 중 옳은 것을 묻고 있다. 덕트 유속이 지나치게 크면 단단한 입자상 물질의 충돌로 인해 마모가 심해져 덕트 수명이 단축되므로 적정 유속 유지가 중요하다.
덕트 내 유속이 너무 높으면 마모가 심해져 단단한 입자상 물질의 경우 덕트 수명이 단축되므로 적정 유속 유지가 중요합니다.
다음 중 덕트의 조도를 나타내는 상대조도에 대한 설명으로 옳은 것은?
절대표면조도를 유체밀도로 나눈 값이다.
절대표면조도를 마찰손실로 나눈 값이다.
절대표면조도를 공기유속으로 나눈 값이다.
절대표면조도를 덕트 직경으로 나눈 값이다.
정답과 해설 보기
정답 ④ · 덕트 내부의 조도는 마찰손실에 큰 영향을 미치는 인자입니다. 상대조도(Relative roughness)는 덕트 내벽의 미세한 요철 높이를 나타내는 절대표면조도(Epsilon, ε)의 값을 덕트의 수력학적 직경(Diameter, D)으로 나눈 무차원 값입니다.