압력손실 환산

무엇인가

압력손실 환산은 배관 내 유동의 압력손실을 손실수두나 액주차로 바꾸는 계산이다.

물이 관을 흐르면 벽 마찰과 엘보·밸브 같은 형상 때문에 압력이 떨어진다.

떨어진 압력을 기둥 높이로 바꾸면 펌프 양정과 계측 결과를 비교하기 쉽다.

손실 식

직선 관로의 마찰 압력손실은 Darcy-Weisbach 식으로 구한다.

여기서 f는 마찰계수, L은 관 길이, D는 관 내경, V는 평균 유속이다.

손실수두 h_f는 압력손실을 ρg로 나눈 값이다.

환산의 핵심은 ΔP = ρgh 한 식이다.

세 가지 표현

압력손실은 Pa, 수두(m), 액주차(mm)로 표현된다.

같은 물리량을 단위만 바꾼 것이므로 밀도 ρ와 중력가속도 g로 서로 잇는다.

액주 기준 식은 정지 유체의 정역학 관계에서 나온다.

예제 계산

예제로 열교환기 입출구 U자관 액주차 50 mm를 압력손실로 바꿔 보자.

먼저 비체적의 역수로 밀도를 구한다. ρ = 1/v 이다.

그다음 ΔP = ρgh로 계산하면 약 445.5 Pa, 반올림하면 446 Pa이다.

밀도가 물보다 작고 액주차가 수 cm 수준이므로 수백 Pa는 상식 범위다.

직접 풀기 1

앞 예제에서 밀도를 먼저 구했다. 같은 방법으로 직접 구해 보자.

비체적이 주어지면 밀도는 비체적의 역수로 구한다.

가장 흔한 실수는 액주차에 밀도를 곱하지 않는 것이다.

v = 0.0011 m³/kg이면 밀도는 얼마인지 골라 보자.

직접 풀기 2

길이가 두 배가 되면 손실도 두 배가 된다. 그럼 유속은 어떨까?

Darcy-Weisbach 식에서 유속은 V²로 들어간다.

시험에서는 이런 비례 관계와 액주차 계산이 반복해서 출제된다.

정리

압력손실 환산은 밀도와 중력가속도로 Pa과 m를 잇는 계산이다.

액주차는 ΔP = ρgh, 손실수두는 h_f = ΔP/(ρg)로 바꾼다.

단위를 먼저 맞추고 식을 세우는 습관이 점수를 지킨다.