배관 마찰손실과 무디선도

한 줄 정의

배관 마찰손실은 관 내 유동에서 벽면 마찰로 생기는 수두손실이다.

무디선도로 구한 Darcy 마찰계수를 Darcy–Weisbach식에 대입하면 마찰손실수두가 나온다.

계산 절차

먼저 유량과 관경으로 유속을 구하고 레이놀즈수를 계산해 유동 영역을 판정한다.

다음으로 상대조도를 구해 마찰계수 f를 정하고, 구간마다 직관 손실을 구한다.

층류면 f=64/Re로 구하고, 난류면 Moody 선도나 Colebrook 식으로 구한다.

층류와 난류 판정

마찰계수는 유동 상태에 따라 층류와 난류 방법으로 나뉜다.

층류는 조도 영향이 거의 없고 f=64/Re로 구한다. 난류는 상대조도 곡선을 따라 f를 읽는다.

전이 영역은 계산 결과가 불안정하므로 보수적으로 난류 값을 쓴다.

예시 계산

예로 내경 50mm 강관에 평균유속 2.0m/s로 물이 흐르는 30m 구간을 보자.

레이놀즈수는 VD/ν로 구하며 1.0×10⁵이므로 난류 영역이다.

이 값을 Darcy–Weisbach식에 대입하면 f만 남은 수두손실식이 된다.

헷갈리는 점과 채점 포인트

시험에서 흔한 실수는 마찰계수 혼동과 상대조도 계산에서 나온다.

상대조도는 관 내경을 기준으로 구하고, 레이놀즈수로 영역을 먼저 판정한다.

마지막으로 헤드 방수압 기준의 잔여압을 확인해야 설계 검토가 완전해진다.

정리

정리하면 미분무 배관의 마찰손실은 Darcy–Weisbach식으로 구한다.

마찰계수 f는 레이놀즈수와 상대조도로 정하고, 부차 손실을 더해 총 손실을 구한다.

구한 손실은 헤드 최소설계압력과 펌프 양정을 비교해 설계를 확인한다.