위험물기능장 유체 기초이론 — 기체 법칙과 유동 판별

온도가 변하지 않을 때 기체의 압력과 부피는 서로 반비례한다. 보일의 법칙에 따라 처음 압력과 부피의 곱은 나중 압력과 부피의 곱과 같다. 150기압에서 30리터를 차지하던 산소를 40리터 용기로 옮기면 150 곱하기 30인 4,500을 40으로 나눈 112.5기압이 된다. 부피가 커지면 압력이 작아진다는 방향을 먼저 잡으면 계산이 흔들리지 않는다.

이상유체는 점성과 압축성을 모두 지운 가상의 유체다. 점성이 없으므로 유체 내부의 마찰이 생기지 않고 전단응력도 발생하지 않는다. 압축성이 없으므로 압력을 가해도 부피가 변하지 않는다. 실제 유체를 해석할 때 복잡한 성질을 잠시 빼고 계산하기 위해 도입한 모델이라는 점을 기억한다.

흐름의 성질은 레이놀즈수로 판별한다. 레이놀즈수는 관성력을 점성력으로 나눈 값이며, 관성력이 점성력보다 훨씬 커져 임계값을 넘으면 층류에서 난류로 바뀐다. 층류는 유체가 질서 정연하게 흐르는 상태이고, 난류는 불규칙하고 혼란스럽게 흐르는 상태다. 기체의 비열은 정압비열과 정적비열로 나뉘고, 그 차이는 마이어의 관계식에 따라 기체상수와 열의 일당량을 곱한 값이 된다. 정압비열에서 정적비열을 뺀 값이 열의 일당량과 기체상수의 곱이라는 형태로 정리된다.

유체의 물리적 성질과 계측기의 구분도 함께 나온다. 액체에 녹는 기체의 용해도는 온도가 높아지면 작아지고 압력이 높아지면 커진다. 물은 비압축성으로 가정하며, 중량은 질량에 중력가속도를 곱한 값이다. 유량을 재는 기구로는 오리피스미터, 로타미터, 벤투리미터가 있고, 마노미터는 압력을 재는 계기다. 오리피스미터는 판에 구멍을 뚫어 끼우는 간단한 구조라 제작이 쉽고 값이 싸지만 압력 손실이 커서 수송 동력이 더 든다. 벤투리미터는 단면적을 점진적으로 줄여 손실을 줄인 대신 구조가 복잡하고 값이 비싸다.

배관 부품의 역할도 성질로 구분한다. 글로우브 밸브는 유입 방향과 유출 방향이 같으면서 밸브 안에서 유로가 직각으로 꺾이고, 개폐가 쉬워 유량 조절에 적합하다. 브르돈관 압력계는 압력에 따라 금속이 탄성 변형하는 성질을 기계식으로 확대해 압력을 지시한다.