공기혼입장치

정의

공기혼입장치는 급경사 여수로에서 캐비테이션 손상을 막는 대표적 대책이다.

흐름을 수로 면에서 띄워 그 아래 공동에 대기 공기를 공급하는 장치다.

공기가 섞인 흐름은 압축성을 띠어 기포 붕괴의 고압 충격이 감쇠된다.

작동 원리

고속 흐름은 편향 장치에 부딪혀 수로 면에서 떨어져 나간다.

떨어진 흐름 아래에 공동이 생기고 국부 부압이 발생한다.

부압으로 대기 공기가 흡입되어 흐름과 섞이면 충격이 감쇠된다.

농도와 계산 예

혼입 공기 농도 C는 공기 부피를 공기와 물 부피의 합으로 나눈 부피비다.

예로 유속 30m/s에 설계 목표 농도 C를 가정값 8%로 두고 계산해 본다.

혼합체 밀도는 물과 공기 밀도를 농도로 가중해 구하면 약 920kg/m³이다.

이 밀도 저하가 기포 붕괴 충격 압력을 줄이는 원리다. 본 예제는 원리 확인용 가정값이다.

형식 비교

공기혼입장치의 세 형식은 공동이 생기는 위치로 구분된다.

경사로형과 단차형은 구조가 단순하고 시공비가 적게 든다.

복합형은 공기 공급이 넓게 분포하여 공기 농도가 균일해진다.

수로 폭이 넓거나 유속이 큰 구간에서는 복합형을 우선 검토한다.

시험 포인트

가장 흔한 실수는 공기혼입장치를 단순한 공기 공급 장치로만 보는 것이다.

이 장치의 본질은 흐름을 벽면에서 띄워 공동 아래 부압으로 공기를 끌어들이는 데 있다.

두 번째 실수는 공동현상을 소용돌이, 충격파와 혼동하는 것이다.

세 번째 실수는 설치 조건을 빼고 종류만 나열하는 것이다. 공기가 없을 때의 손상도 감점 대상이다.

직접 풀어 보자.

정리

앞 문제의 답은 흐름을 벽면에서 띄워 공동 부압으로 공기를 끌어들이는 것이다.

공기혼입장치는 편향 장치와 공기 공급계통으로 이루어진 장치 일체다.

편향 장치는 램프, 오프셋, 또는 두 가지 조합으로 나뉜다.

설치 조건과 미설치 시 현상을 함께 쓰는 것이 감점을 막는 길이다.