배관의 주손실과 부차적 손실

가. 주손실 : 배관의 마찰손실

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나. 부차적 손실

  ▣ 배관의 부속류 (엘보, 티 등) 등에 의한 압력강하나 압력의 증가에 의한 기계적인 에너지의 손실

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다. 돌연 축소관, 돌연확대관에 의한 손실

  ① 돌연 확대관

 

  ▣ 손실수두 산정식​

 ② 돌연 축소관

 

  ▣ 손실수두 산정식

다. 관의 상당길이 (Le)

  ※ 관의 부차적 손실을 관의 길이 즉, [m] 단위로 환산한 것

   ▣ 부차적 손실 계수와 관의 마찰 계수를 이용하여 관의 상당 길이를 만드는 것​

라. 관의 마찰계수 (f)

  ▣ 층류 : 레이놀즈 수 만의 함수 : 관의 조도(거칠기)와는 무관한다.​

  ▣ 난류 : 상대 조도와 무관하다.

  ▣ 천이영역 : 상대 조도와 레이놀즈 수의 함수

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마. 달시 - 바이스바흐의 식 (시험에 자주 나옴)

 ※ 층류, 난류에 모두 적용 가능

  ▣ 마찰손실은 유속의 제곱과 배관의 길이에 비례하고 지름에 반비례한다.​

바. 하겐-월리엄스식 (실기용)

  ▣ 배관의 1 [m] 당 손실되는 압력​

사. 패닝의 법칙

  ▣ 난류의 흐름에 대한 원형 직관을 통해 마찰손실을 측정

   ⊙ 마찰손실은 배관의 길이와 속도의 제곱에 비례하고 배관의 직경에 반비례한다.​

아. 하겐 - 포아젤의 식 (식의 관계에 대해 물어 봄)

  ▣ 층류의 흐름일 때 원형 직관에서의 마찰 손실수두를 구할 때 쓰인다.​

【 출제 예상 문제 】

1. 물이 흐르는 지름 40 [㎝]의 관에 게이트 밸브와 t가 설치되어 있다. 마찰계수가 0.04일 때 게이트 밸브와 t에 대한 관의

    상당길이는 몇 [m] 인가 ? 단, K는 표에서 얻어진 손실 계수이다.

    ※ 표에서 게이트 밸브 손실계수 10, t의 손실계수 2 이다.​

2. 관내 흐름에서 부차적 손실에 해당되지 않는 것은 ? ③

   ① 관 단면의 급격한 확대에 의한 손실

   ② 유동 단면의 장애물에 의한 손실

   ③ 직선 원관내의 손실

   ④ 곡선부에 의한 손실

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3. 곧은 원관내의 완전 난류 유동에 대한 마찰 손실 수두 관한 설명으로 틀린 것은 ?​

  ③ 관경에 비례한다. (반비례한다)

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4. 지름 30 [㎝]의 원형관과 지름 45 [㎝] 원형관이 급격하에 면적이 확대되도록 직접 연결되어 있을 때 작은 관에서 큰 관

    쪽으로 매 초 230 [㎥]의 물을 보내면 연결부의 손실수두는 약 몇 [m]인가 ? 단, 면적이 A1 에서 A2로 급격히 확대될 때

    작은 관을 기준으로 하는 손실계수는 (1- (A1 / A2))의 제곱 이라고 한다.

 

  ▣ 돌연확대관 마찰 손실을 구하는 문제​

5. 저장 용기로 부터 20 [℃]의 물을 길이 300[m] 직경 900[㎜]의 콘크리트 수평원관을 통하여 공급하고 있다. 유량이 초당

    1.25 [㎥] 일 때 원관내에서의 압력강하는 몇 [kPa] 인가 ? 단, 물의 동점성계수는 1.31 × 10-6 이고 관 마찰계수는 0.024

    이라고 한다.

 ▣ 다시 - 바이스바흐의 식을 적용​

6. 그림과 같은 매우 큰 탱크에 연결된 길이 100 [m], 직경 20 [㎝]인 원관의 부차적 손실 계수가 5일 밸브 A가 부착되어

    있다. 테이크 수면으로 부터 출구까지의 전체 손실수두의 가장 가까운 것은 ? 단, 관입구에서의 부차적 손실계수는

    0.5, 관 마찰계수는 0.022 이고 평균속도는 V이다.

 

  ▣ 관 상당길이 식을 이용하면​

7. 레이놀즈 수가 1,200 인 물이 흐르는 원관에서 마찰계수는 얼마인가 ?

8. 다음 관 유동에 관한 일반적인 설명 중 올바른 것은 ? ③

   ① 관의 마찰손실은 유속의 제곱에 반비례한다.

   ② 관의 부차적 손실은 주로 관 벽과의 마찰에 의해 발생한다.

   ③ 돌연 확대관의 손실수두는 속도수두에 비례한다.

   ④ 부차적 손실수두는 압력의 제곱에 비례한다.​

9. 수평원관 내의 층류 유동에서의 유량은 ? ③

   ① 관의 길이에 비례한다.

   ② 점성에 비례한다.

   ③ 지름의 네제곱에 비례한다.

   ③ 압력의 강하에 반비례한다.​​

10. 안지름이 0.1 [m]인 파이프 내를 평균 유속 5[m/s]로 물이 흐르고 있다. 길이 10 [m] 사이에서 나타나는 손실수두는

      약 몇 [m]인가 ? 관 마찰계수는 0.013 이다.​

11. 급격 확대관과 급격 축소관에서 부차적 손실계수를 정의하는 기준 속도는 ?

   ③ 급격 확대관은 상류 속도이고 급격 축소관은 하류 속도이다.​

12. 다음과 같은 유동 형태를 갖는 파이프 입구의 유동에서 부차적 손실계수가 가장 큰 것은 ? ④

  ① 날카로운 모서리 : 0.04                     ② 약간 둥근 모서리 : 0.2

  ③ 잘 다듬어진 모서리 : 0.5                  ④ 돌출된 입구 : 0.8

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13. 하겐 - 포아젤 식에 대한 설명으로 옳은 것은 ? ④

  ① 수평 원관속의 난류 흐름에 대한 유량을 나타내는 식이다.

    ※ 층류일 때 마찰손실을 나타내는 식이다.

  ② 수평원관 속의 층류 흐름에서 레이놀즈 수와 유량과의 관계식이다.

  ③ 수평 원관 속의 층류 및 난류 흐름에서 마찰 손실을 구하는 식이다.

  ④ 수평 원관 속의 층류 흐름에서 유량, 관경, 점성계수, 길이, 압력 등과의 관계식이다.

14. 원통관 층류 운동일 때 관 마찰 계수는 ?

   ① 언제나 레이놀즈 수 만의 함수이다.

        ※ 층류일 때는 레이놀즈 수만의 함수 f =64 /Re

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15. 어느 일정 길이의 배관 속에 매분 200 [㎥]의 물이 흐르고 있을 때, 마찰손실이 20[kPa] 이었다면 동일 관의 물의 흐름이

       매분 300 [m]로 증가할 경우 마찰손실 압력은 약 몇 [kPa]인가 ? 단, 마찰손실 계수는 하겐 - 윌리엄스의 공식을 따른다.​

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