비에너지와 한계류

비에너지의 정의

비에너지는 수로 바닥을 기준으로 잰 단위 무게당 물의 에너지다.

수심과 속도수두를 더한 값이며, 식으로는 E = h + V²/2g 이다.

개수로 흐름의 수심 변화와 흐름 상태를 설명하는 기초 개념이다.

비에너지곡선

개수로 흐름에서 수로 바닥 기준으로 잰 에너지를 비에너지라 한다.

수심을 세로, 비에너지를 가로로 놓으면 비에너지곡선이 된다.

한 비에너지에 수심이 두 개 대응하며, 이를 대응수심이라 한다.

비에너지가 최소인 점이 한계수심이며, 이때 유량이 최대가 된다.

흐름 상태 판정

한계수심보다 큰 수심의 흐름은 상류, 작은 수심의 흐름은 사류다.

한계수심 상태의 흐름이 한계류이며, 이때 프루드 수는 1이다.

프루드 수가 1보다 작으면 상류, 1보다 크면 사류로 판정한다.

계산 예제

폭 4m, 유량 8㎥/s 이면 단위 폭당 유량 q 는 2㎥/s·m 이다.

직사각형이므로 hc = ∛(q²/g) 로 구하며, 약 0.74m 가 된다.

최소 비에너지는 1.5 hc 이므로 약 1.11m 가 된다.

시험 포인트

앞 문제의 정답은 1.11m 이며, 이 값은 hc 의 1.5배다.

시험에서는 정의와 한계류 특성을 묻는 형태로 반복 출제된다.

비에너지는 곡선 전체이고 한계수심은 그 곡선의 한 점이다.

기준면을 수면으로 잡는 실수가 가장 흔하므로 바닥 기준이라고 적는다.

정리

앞 문제의 정답은 수로 바닥이다. 비에너지는 수로 바닥 기준이다.

비에너지가 최소인 상태가 한계류이며, 프루드 수 1을 기준으로 상류와 사류를 나눈다.

이 세 가지를 모두 적으면 채점의 기본 점수를 받는다.