개념 한 쪽
덕트 내 공기 흐름에서 발생하는 압력손실은 시스템 성능과 송풍기 선정에 직접적인 영향을 미치므로, 마찰손실과 형상손실의 원인과 계산법을 정확히 이해해야 한다.
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출제기준 단원 「닥트의 압력손실」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 덕트 압력 구성 판단 | 1 | 정압·속도압·전압의 정의와 부호 특성을 구분하기 |
| 직사각형 덕트 압력손실 계산 | 1 | 수력직경과 달시 공식 적용해 길이당 압력손실 구하기 |
| 반송속도 선정 기준 | 1 | 분진의 비중과 침강성에 따른 반송속도 우선순위 가리기 |
덕트 내 압력은 정압, 속도압, 전압으로 구분되며 전압은 정압과 속도압의 합으로 정의한다는 점을 이해해야 한다. 속도압은 유체의 운동에너지에 해당하므로 항상 양수이며 정압은 대기압을 기준으로 음수가 될 수 있다는 점을 구분해야 한다.
마찰손실은 덕트의 물리적 조건과 유동 상태에 의해 결정되며 주요 변수는 유속, 덕트 길이, 덕트 직경, 그리고 마찰계수이다는 사실을 기억해야 한다. 특히 마찰손실은 유속의 제곱에 비례하고 덕트 길이에 비례하며 직경에 반비례하는 경향을 보인다는 점을 이해해야 한다.
형상손실은 곡관, 확대·축소관, 합류부 등 유동 방향이나 단면이 급격히 변하는 부분에서 발생하며 합류각이 크거나 단면 변화가 급할수록 손실이 증가한다는 원리를 적용해야 한다. 곡관의 곡류반경이 클수록 굴곡이 완만해져 유동 박리가 줄고 손실이 감소한다는 점을 유의해야 한다.
덕트 설계에서는 반송속도를 통해 입자의 침전을 방지해야 하며, 비중이 크고 입자 크기가 큰 분진은 더 높은 반송속도를 요구한다는 사실을 적용해야 한다. 또한 분진 자체는 기류의 기본 마찰손실 요인(속도, 직경, 형상)과는 직접적 관련이 적다는 점을 구분해야 한다.
원형 송풍관 예시는 속도압이 주어졌을 때 마찰손실을 간단히 계산하는 방법을 보여준다. 주어진 값은 길이 30m, 내경 0.2m, 속도압 15mmH2O, 마찰계수 λ=0.016이며 공식을 hf = λ × (L/D) × 속도압에 대입한다. 여기서 L/D = 30 / 0.2 = 150이므로 hf = 0.016 × 150 × 15 = 36mmH2O가 되어 압력손실은 36mmH2O가 된다는 계산 절차를 따른다.
직사각형 덕트 계산 예시는 수력직경과 유속 변환을 거쳐 달시 공식을 적용하는 절차를 보여준다. 주어진 폭 38cm, 깊이 76cm에서 단면적을 구하고 풍량 Q=280m³/min을 초 단위로 변환해 유속을 산출한 뒤 수력직경 Dh = 2ab/(a+b)를 이용하여 달시 공식을 적용한다는 순서를 따른다. 재료의 계산 결과를 따르면 길이 20m당 압력손실은 약 12mmH2O가 도출된다는 결과를 확인한다.
덕트내의 압력에 대한 설명 중 바르지 못한 것은?
정답 ② · 문항은 덕트 내 압력 관련 설명 중 옳지 않은 것을 찾으라고 묻고 있다. 속도압은 유체의 운동에너지에 해당하여 속도의 제곱에 비례하므로 항상 0 이상인 양의 값이며 음수가 될 수 없다.
속도압은 유체의 운동에너지에 비례하므로 항상 양수이며, 마이너스일 수 없다는 설명이 바르지 않다.
폭 38cm, 깊이 76cm의 곧은 각관 내를 Q = 280m³/min의 공기가 흐르고 있다면 관길이 20m당 압력손실은? (단, 관의 마찰계수값은 0.019 대입, 공기밀도 1.2kg/m³로 한다 )
정답 ③ · 관 내의 압력 손실을 구하기 위해서는 수력반경과 유속 등을 바탕으로 달시 공식을 적용해야 합니다. 폭 0.38m, 깊이 0.76m 관의 수력직경을 구하고, 주어진 풍량 280m³/min을 유속으로 환산합니다.
달시 공식을 이용해 수력직경과 유속을 구한 후 마찰계수와 길이를 대입해 압력손실을 계산한다.
일반적으로 덕트내의 반송속도를 가장 크게 해야하는 오염물은?
정답 ④ · 덕트 내의 반송속도(Transport velocity)는 공기 중에 포함된 입자상 물질이 덕트 바닥에 침전되어 막히지 않고 이송될 수 있도록 유지해야 하는 최소한의 공기 속도입니다. 입자의 비중이 크고 무거운 주물사, 주조작업 분진, 금속분진 등은 침강 속도가 빠르기 때문에 관내에 쌓이지 않도록 가장 높은 반송속도를 유지해야 합니다.
중량이 크고 비중이 큰 입자는 침강 속도가 빠르므로 덕트 내 침전을 방지하기 위해 가장 높은 반송속도가 필요하다.
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