자유유출

자유유출의 정의

자유유출은 방출된 CO₂가 개구부로 저항 없이 빠져나가는 조건이다.

이 상태에서 방호구역의 농도는 약제량과 비체적으로 정해진다.

개구부 누설이 있는 방호구역을 해석할 때 쓰는 개념이다.

핵심 기호

먼저 기호부터 정리한다. F는 단위체적당 약제량, C는 방출 후 농도다.

S는 CO₂ 1kg이 차지하는 체적으로, 온도와 압력에 따라 달라진다.

약제량 F는 약제 질량 W를 구역 체적 V로 나눈 값이다.

F, C, S는 서로 식으로 연결되므로 하나를 알면 나머지를 구할 수 있다.

F·C·S 관계식

CO₂ 체적을 구하는 것에서 출발한다. 구역 체적 V에 대한 CO₂ 질량은 F·V다.

그 체적은 질량에 비체적 S를 곱한 F·V·S가 된다.

농도 C는 이 CO₂ 체적을 구역 전체 체적으로 나눈 비율이다.

이 값에 100을 곱하면 Vol%다.

예시 계산

예를 들어 방호구역 체적 V가 100m³이고 방출 약제량 W가 80kg이다.

단위체적당 약제량 F는 W를 V로 나눠서 구한다.

이 예제는 밀폐를 가정한 값이므로 실제 설계에서는 누설 보정량을 더한다.

직접 풀기

직접 풀어 보자. 방호구역 체적 V가 100m³이고 방출 약제량 W가 80kg이다.

단위체적당 약제량 F는 W를 V로 나눈 값이다.

그러면 F는 몇 kg/m³인가?

정답은 0.8kg/m³다. 80을 100으로 나눈 값이다.

토리첼리식과 비교

헷갈리기 쉬운 점이 있다. 물의 자유유출은 토리첼리식으로 푼다.

이산화탄소 자유유출은 방출 후 가스가 구역 밖으로 빠져나가는 현상이다. 물의 토리첼리식과 혼용하지 않는다.

물 문제에서는 수두를 잘못 잡으면 안 된다. 저수면 6m와 낙차 30m를 합해 36m로 잡는다.

이때 최대 순간유속은 약 26.6m/s다.

정리

자유유출을 정리한다. 자유유출은 방출된 CO₂가 개구부로 저항 없이 빠져나가는 조건이다.

농도는 F, C, S의 관계로 정해지며, 약제량은 W를 V로 나눠 구한다.

CO₂ 자유유출과 물의 토리첼리 흐름은 개념이 다르므로 구분한다.