위험물기능장 배관 이송설비 — 손실수두와 점성

원형 직관에서 생기는 마찰 손실수두는 달시-와이스바하 식으로 계산한다. 손실수두는 마찰계수, 관의 길이, 유속의 제곱에 비례하고 관의 직경과 중력가속도에는 반비례한다. 유속이 두 배가 되면 손실은 네 배로 늘어나므로, 유속을 조금만 올려도 필요한 동력이 크게 달라진다. 같은 유량을 보내려면 관경을 키우는 편이 손실을 줄이는 방법이 된다.

점성은 유체가 흐를 때 내부 마찰로 흐름을 방해하는 성질이다. 뉴턴의 점성법칙에서는 전단응력이 점성계수와 속도구배의 곱으로 표현된다. 전단응력이 속도구배에 비례하는 유체를 뉴턴 유체라 하고, 그 비례가 성립하지 않는 유사소성유체와 팽창성유체는 비뉴턴 유체로 묶는다. 동점성계수는 점성계수를 밀도로 나눈 값이며 단위는 제곱센티미터 매 초, 곧 스토크스다. 낙구식 점도계는 구가 액체 속을 낙하할 때 받는 저항력으로 점도를 재며, 그 원리는 스토크스 법칙에 둔다.

레이놀즈수는 유속, 관의 지름, 동점성계수로 계산한다. 임계 레이놀즈수가 2000이고 동점성계수가 0.0131제곱센티미터 매 초인 유체가 안지름 5센티미터 관을 흐를 때 임계 유속은 2000에 0.0131을 곱해 5로 나눈 5.24센티미터 매 초가 된다. 이 값을 넘으면 층류가 난류로 바뀐다.

기체의 부피 변화와 계측기의 구분도 함께 나온다. 압력이 일정할 때 기체의 부피는 절대온도에 비례하므로, 273도인 기체를 0도로 낮추면 절대온도가 546켈빈에서 273켈빈으로 절반이 되어 부피도 2리터에서 1리터로 줄어든다. 유량을 재는 기구는 오리피스미터, 로타미터, 벤투리미터이고, 마노미터는 압력을 재는 계기라 유량계로 분류하지 않는다. 성능이 같은 펌프를 병렬로 연결하면 양정은 그대로 두고 토출량이 대수만큼 늘어난다.