배관내의 유속

우리는 주어진 두 지점간의 자연낙차를 알면 간단한 관계식 유속(V) = √2gh 에 의해서 유속을 쉽게 구하는 것으로 생각할 수 있다.

하지만 이 식에서 구하는 속도 값은 제반 손실이 전혀 없을 때의 이론상의 속도값 이고 실제로는 여러 가지 손실로 인하여 속도가 줄어들게 된다.

이해를 돕기 위하여 베르누이 정리［(Bernoulli's theorem)］를 들어 설명하자면 P1/γ1 + V1^2/2g + Z1 = P2/γ2 + V2^2/2g + Z2 + hl : (수정 베르누이 방정식)

여기서 P: 압력 (kgf/m2 또는 N/m3) V: 유속 (m/sec) 

g: 중력가속도 (보통 9.8 m/sec2)

Z: 고도(기준면으로 부터의 높이; m)

γ: 유체의 비중량 (kgf/m3 또는 N/m3), (물에서는 보통 γ1=γ2 )

첨자 1,2: 상류 및 하류의 측정위치.(배관 입,출구 또는 임의의 2지점)

hl : 손실수두 (m) ; 배관의 직경, 내부 표면상태(조도),배관의 계통

(System) 및 연결 상태 등 여러 가지 요인에 의하여 결정되는 손실 값. 


위 식에서 볼 수 있듯이, 물탱크(수조)의 수면에서의 유속이 0 (V1 = 0)이고, P1 과 P2, Z1, Z2 가 주어진 값이라고 할 때, V2 값은 손실수두 hl 에 의하여 

결정되는 것을 알 수 있다. 

손실수두(hl)은 마찰손실수두(hf)와 부차적 손실수두(hb)를 합한 종합손실수 두 이다.

hl = hf + hb

마찰손실수두(hf)는 관 내부에서 유동마찰에 의한 손실수두를 말하며 다음 식으로 산출 할 수 있다. 

hf = f * L/d * V^2/2g 

· f: 관마찰손실계수(도표 또는 경험식으로 구함) 

· L: 관 길이 (m) · d : 관 내경 (m)

· V: 유속 (m/sec) · g: 중력가속도 (9.8 m/sec2)

부차적 손실수두(hb)는 관 입구의 형상, 관 이외 부품의 종류와 이음매 등 관의 연결상태에 의하여 부차적으로 발생하는 저항손실수두이다.

hb = k * V^2/2g 

· k : 부차적인 저항손실 계수 


유체가 기체(Gas)일 경우에는 온도 변화에 따라 비중량이 변화하게 됨으로 물의 유속을 구하는 것 보다 좀더 고려해야 할 사항이 있음에 유념해야 한다.



결론적으로 배관계통(Piping system)에 대한 다음과 같은 정확한 자료가 있어야 배관내의 유속의 산출이 가능하다.

·유체의 종류 및 특성 : 물, 석유, 윤활유 등

·배관의 종류 및 내경, 길이, 내면의 거칠기(조도): 강관, 주철관, PVC관 등 

·이음매의 연결 상태 : 엘보, 밴드, 밸브 등 부수품의 종류 및 관 이음매의 연결 상태(용접 또는 나사이음,후렌지 이음 등) 

·배관 입,출구의 상태 및 고도 : 입,출구 형상, 압력, 온도, 기준면부터의 높이 등·Gas의 경우에는 온도변화, 그리고 경우에 따라서는 

·펌프 또는 압축기,송풍기 등의 성능곡선 등등.

<출처:네이버오픈백과>