소방유체역학 공식 정리 - 1

 

1. 유체

가. 정의

  ▣ 작은 전단력에도 연속적으로 변형되는 물질 (액체, 기체)

나. 유체의 분류

  ① 압축성 유체 : 압력에 대해 체적변화가 있다. (압축이 잘 된다. 기체)

       비압축성 유체 : 압력에 대해 체적변화가 없다. (압축이 잘 안된다. 액체)

  ② 점성유체 (실제 유체) : 현실에 존재하는 유체는 점성유체 (점성 ○)

       비점성유체 (이상유체) : 현실에 존재하지 않는 이상적인 유체 (점성 ×)

 ※ 뉴턴 유체

   ▣ 물, 기름, 공기 등의 유체는 온도, 압력이 정해지면 속도구배 및 압력구배에 무관하게

        점성계수는 일정한 값을 갖는데 이러한 유체를 뉴턴(Newton) 유체라고 한다.

        (즉, 뉴턴의 점성법칙을 만족하는 유체)​

 ※ 비뉴턴 유체

  ▣ 뉴턴의 점성법칙을 만족하지 않는 유체​

2. 밀도, 비중량, 비중

가. 밀도 (ρ)

나. 비중량 (γ)​

다. 비중 (S)​​​

  ※ 물의 밀도 및 비중량

     ▣ 물의 밀도 ρw = 1,000 [㎏ / ㎥] = 1,000 [N·s2/m4] = 102 [㎏f·s2/m4]

     ▣ 물의 비중량 γw = 1,000 [㎏f / ㎥] = 9,800 [N/㎥]

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3. 압력 (P)​

4. 이상기체 방정식

  ※ 8.31385 [N·m/kmol ·K]

  ※ 압력단위가 atm일 경우 (0.082 atm · ㎡/kmol · K]​

  ※ 고온, 저압의 기체는 일반적으로 이상기체방정식에 따른다.

      기체 1몰은 0[℃], 1기압 (1atm)에서 22.414 [ℓ] 이므로 기체상수를 다음과 같이 구할 수 있다.

  ※ 표준온도와 압력 (standard temperature & pressure : STP) : 0[℃], 1[atm]

       STP에서 실체 기체 ≒ 이상기체, 이 때 1[mol]의 기체 부피는 22.414 [ℓ]이다.​

    또한 1[atm]은 101,325[Pa] = 101,325 [N/㎡]와 22.4 [ℓ] = 0.0224[㎥]를 적용하면

 

 

5. 압력단위 환산

1 [atm]	760 [㎜Hg]	76 [㎝Hg]
101,325 [Pa]	101.325 [kPa]	-
1.0332 [㎏/㎠]	10,332 [㎏/㎡]	-
1,013 [mbar]	1.013 [bar]	14.7 [psi]

6. 유량

 ① 체적유량(Q) : 특정시점에서 관의 어느 부분을 통과하는 유체의 연속적인 양

    ⊙ 기호로는 Q를 쓰고 단위로는 [㎥/sec], [ℓ/min]

    ⊙ 단면적(A) [㎡] × 속도 v [m/sec] 으로 나타 냄

    ⊙ 유체의 부피는 온도, 압력 등에 따라 변함

    ※ Q = A1 · v1 = A2 · v2

  ② 질량 유량 (M)

    ▣ 질량유량은 단위 시간당 흐르는 유체의 질량(㎏)을 측정하는 것으로 시간당 흐른 유체의 질량(㎏)을 나타냄

     ⊙ 단위로는 [㎏/s]를 쓰며 kg을 g, ton으로 s 를 min, hour으로 씀

     ⊙ 질량유량 = 밀도 × 단면적 × 평균 유속 [kg/s], M = ρ ·A1·v1 = ρ ·A2·v2 [㎏/s]

     ⊙ 질량유량 = 밀도 × 부피(체적) 유량 [kg/s] , M = ρ · Q [㎏/s]

  ③ 중량유량 (G)

    ▣ 중량유량은 단위 시간당 흘러간 유체의 중량을 말하며, 질량유량에 중력가속도를 곱해 산정하고 질량유량을

         지구 중력으로 환산한 값

     ⊙ 기호로는 G를 쓰고 단위는 [N/s], [㎏f/s]를 쓴다.

     ⊙ 중량 유량 = 중력가속도 × 밀도 × 단면적 × 평균 유속,

     ⊙ 중량유량 = 중력가속도 × 밀도 × 부피(체적) 유량,

     ※ G = g · ρ ·A1· v1 = g · ρ ·A2· v2 [㎏f/s, N/s]

         G = γ ·A1· v1 = γ ·A2· v2 = γ Q [㎏f/s, N/s]

④ 구경 공식​

※ 호칭구경 (A = ㎜)

15 A	20 A	25 A	32 A	40 A	50 A
65 A	80 A	90 A	100 A	125 A	150 A

※ 관의 구경 (d)​​

   ◈ 옥내 소화전 : 4 [m/s]

   ◈ 스프링 클러 - 가지배관 : 6m/s, - 기타 : 10 [m/s]

   ◈ 제연설비 - 흡입측 풍도 : 15 [m/s]

                       - 배출측 풍도 : 20 [m/s]

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7. 벤츄리미터 유량

  ※ 주의점

    ㉠ 유량(Q), 유속 (v)인지 확인할 것

    ㉡ 단위를 주의할 것

    ㉢ 중력가속도 값 (9.81, 9.8 [m/s2)를 확인할 것 (γ = ρ · g)

    ㉣ 유량계수, 속도계수 확인

    ㉤ 압력차 (△p)

​

  ① 속도 유속

 

    벤츄리 유량측정식은 다음과 같다.​

  ② 유량계수 (유동계수) : Cf, Cv​

  ※ 구경 공식​

8. 피토정압관

 

  ▣ 피토정압관은 정체점 압력(전압)과 정압을 측정해서 이를 이용하여 동압을 구하는 방식이다.

     ⊙ 정체점 압력(전압) = 정압(Static) + 동압(Dynamic)

       ※ 전압 = 총압(Total pressure) = 정체점 압력 = 정체압 (Stagnation Pressure)​

           여기서, V : 유속 [m/s] , C : 유량계수, g : 중력가속도 (9.8 [m/s2])

                       △H : 수은의 높이 [m], γw : 물의 비중량 (9.8 [kN/㎥] = 9,800 [N/㎥])

                        γs : 수은의 비중량 (13.6 × 9.8[kN/㎥] = 133.28 kN/㎥=133,280 [N/㎥])

                        Ss : 수은의 비중 (13.6), Sw : 물의 비중

 

9. 유량​

      여기서, Q : 유량 [ℓ / min], d : 구경 [㎜], P : 방수압 [MPa]

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10. 다지관의 유량

 

        Q = Q1 + Q2

          여기서, Q = A · V : 전체 유량 [㎥/s]

                       Q1 = A1 · V1 : 병렬 배관의 유량 [㎥/s]

                       Q2 = A2 · V2 : 병렬 배관의 유량 [㎥/s]

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※ 유량 단위 정리​

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