유체에는 3가지 압력을 이야기한다. 정압은 유체가 정지해 있는 때 작용하는 유체 고유의 압력으로 정압은 유체에 대하여 모든 방향으로 작용을 한다. 동압은 유체에 움직임에 의한 압력으로 유체의 속도에 상응하는 압력이며 이는 흐르는 속도가 "0"이 되었을 때의 압력으로 나타낸다. 전압은 유체의 정압과 동압을 합한 압력을 말하며 피토관에서는 정체압으로도 표현된다. 피토관은 이러한 유체의 정압, 동압, 전압(정체압)을 이용하여 관속에서 흐르는 유체의 속도와 유량을 측정하는 장치이다. 아래 그림과 같은 피토관을 이용하여 유속을 측정하는 원리에 대하여 알아 보자.
위 그림에서 오른쪽 그림관 같은 피토관이 관 내부에 설치되어 있고 관의 유체는 1에서 2 방향으로 흐르고 있다. 피토관은 유체의 흐름에 수직으로 세워져 있고 2의 위치에서는 유체의 흐름방향으로 작은 구멍이 열려 있다. 1의 위치에서는 관에 수직으로 서는 있는 유체 기둥은 정압만 작용을 하고 2에서 시작된 피토관은 정압과 동압이 함께 작용하는 전압(정체압)이 작용하고 있다. 위 그림에서 정압을 수두로 나타내면 H1이 되고 정압과 동압의 합인 전압(정체압)은 H2가 된다. 동압은 전압 - 정압으로 H2 - H1이 된다. 이를 베르누이 연속방정식을 이용하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.
위 식은 동압을 단위 부피당 운동에너지로 나타낸 것이므로 운동에너지는 다음과 같이 압력수두로 변환할 수 있다.
위 식을 이용하여 피토관의 유체 높이차를 이용하여 유체의 속도를 구하는 식을 유도할 수 있다.
피토 정압관
피토정압관은 별도의 관을 이용하여 정압과 정체압을 측정하지 않고 하나의 장치에서 정압과 정체압을 동시에 측정하도록 고압된 장치로서 피토정압관 (Pipot-static tube)이 있고 이를 이용하여 측정하는 방법은 위에서 설명한 바와 같다.
U자형 피토정압관
아래 U자형 피토정압관에서 압력평형식을 이용하여 유속을 구하는 식을 유도해 보자.
위 그림에서 위쪽 큰 관에는 유체가 1에서 2방향으로 흐르고 있다. 큰 관의 무체의 비중량은 γ 이다. 유체가 흐르는 관에 유자형 피토관을 연결하고 연결된 부분의 피토관은 유체가 흐르는 관과 직각으로 연결되어 있고 피토관에는 비중량이 γo인 유체가 들어 있다. 큰 관에서 유체는 1에서 2방향으로 흐르고 있고 피토관의 입구인 2에서는 유체가 정지하게 되고 이곳에는 정체압이 작용을 한다. 위 그림에서 m, n은 같은 높이에 위치해 있다. 1과 2는 관의 중심선에 위치해 있어 높이가 같다. 따라서 m, n 에서의 압력은 서로 같게 된다.
Pm = Pn
또한 1, 2에서의 압력을 P1, Ps라고 한다면 Pm 과 Pn은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
유체역학은 유체가 가지고 있는 고유한 특성을 기반으로 하여 정지된 유체나 움직이는 유체의 압력, 속도, 높이 사이의 관계를 설명해 준다.
유체역학에서 차지하는 중요한 부분 중 하나가 1738년 다니엘 베르누이가 완성한 '베르누이 방정식"이다.
베르누이 방정식은 유체의 에너지는 압력, 속도, 위치(높이)에너지로 구성되는 이 3가지의 합은 언제나 일정하다고 한다. 이를 통해서 배관내의 유체의 속도를 알 수 있고 비행기가 양력으로 인해 부상하는 원리를 설명하기도 한다.
베르누이 방정식 (Bernoulli equation)
베르누이 방정식은 유체가 갖는 에너지 즉, 압력, 속도, 위치(높이)에너지는 항상 일정하다는 것에서 출발한다. 유체역학에서 적용되는 에너지 보존법칙을 말한다. 이 원리를 활용하여 베르누이의 법칙은 속도와 압력에 주안점을 두어 '유체의 정압력과 동압력의 합은 언제나 일정하다'는 원리를 이끌어 낸다. 이 때, 압력에 따라 유체의 밀도가 변화하기 안흔 '비압축성 유체'에서 적용되는 말이다.
* 정압 (Static pressure)은 정지상태에 있는 유체의 압력
* 동압 (Dynamic pressure)은 유체가 흐르고 있는 등 움직일 때의 압력
* 전압 (Total pressure)은 정압과 동압을 합한 유체의 압력
높이에 따른 압력
위 그림과 같이 원통안에 유체가 들어 있다고 할 때, 원통 밑 바닥이 받는 압력은 무게/면적 [㎏f/㎡]으로 나타낼 수 있다.
유체의 무게는 질량 × 중력가속도 [㎏g = ㎏f]로 나타낼 수 있다. 또한 밀도는 질량 / 부피 [㎏ / ㎥] 이고
질량은 밀도(ρ) × 부피(㎥)로 나타내며 유체의 부피는 단면적 × 높이 [㎡· m]로 나타낼 수 있다.
* 질량은 중력과 상관없이 물질 기본적으로 가지는 속성의 하나이며
* 무게는 물체가 중력에 의해 받는 힘(force)을 말하며 질량의 크기에 비례한다.
위의 내용을 정리하면 유체의 압력은 무게 / 면적이다. 이는 (질량 × 중력가속도) / 면적으로 다시 쓸 수 있고
이는 [(밀도 × 부피(면적 × 높이)) × 중력가속도)/면적)로 다시 쓸 수 있고 '밀도 × 높이 × 중력가속도' 로 나타낼 수 있다.
즉 압력 = 밀도 × 높이 × 중력가속도, P = ρ g h [Pa, N/㎡, ㎏f/㎡] 이다.
원통 속에 있는 유체의 높이가 높을 수록 바닥에 미치는 압력은 높아지고 높이가 낮아지면 압력도 낮아지게 된다.
유체의 높이와 압력은 비례한다. 물기둥이 크면 그 만큼 무게가 더 나가므로 단위 면적당 무게를 의미하는 압력은 커지는 것은 당연하다. 그런데 유체 바닥에 미치는 압력은 유체의 무게에 의한 압력 뿐만 아니라고 유체에 작용하는 압력 즉, 대기압을 포함해야 한다. 이는 절대압력이라고 한다. 전체 압력은 유체만의 압력 + 대기압이 된다.
이를 수식으로 정리하면 다음과 같다.
정상류 (Steady flow)
'정상류'란 유체의 흐름이 시간에 따라 변하지 않는 것을 의미한다.
정상류는 유체의 흐름이 변화하지 않으므로 동일한 관을 흐를 때 유체의 유체의 위치에 상관없이 질량이 동일한다.
위 그림에서와 같이 왼쪽 그림에서 하단에서의 유체의 질량이나
상단에서의 유체의 질량이 같다. 이것은 유체가 정상류일 때를 가정한 것이다.
또한 질량(m)은 밀도 × 부피 (ρ × V)로 나타낼 수 있다. 부피(V)는 단면적 × 시간 (속도 × 시간) (A × v ×△t) 로 나타낼 수
있다. 따라서 질량 (m) = 밀도 × 부피 = 밀도 × 단면적 × 속도 × 시간, m = ρ · A · v · △t 로 나타낼 수 있다.
그런데 정상류에서는 어느 위치에든 질량(m)은 같게 되고, 시간(△t), 유체의 밀도(ρ)는 같게 되므로
A1 · v1 = A2 · v2 가 성립하게 된다. 결국 유체의 흐르는 관의 단면적이 크면 속도가 낮아지고 단면적이 작으면 속도가 빨라짐을 알 수 있다.
베르누이 방정식 (Bernoulli equation)
◈ 연속방정식
유체는 특이한 성질이 많다. 유체의 성질에 대한 법칙중에서 유체가 특정한 관을 끊이지 않고 연속하여 흐르고 관과 유체간에 마찰이 없다고 가정을 하면 다음과 같은 연속방정식이 성립하게 된다.
위와 같은 조건에서는 유체는 관 노선 전체에 대하여 같은 시간에 같은 부피만큼 흐른다.
관이 중간에 구경이 커지든, 작아지든 관계없이 같은 시간에는 같은 부피 만큼 흐르게 된다.
부피1 = 부피2, V1 = V2 이다.
흐르는 유체가 물이라고 하고 물의 온도가 일정하다고 가정하면 물의 밀도도 같게 된다.
밀도1 = 밀도 2, ρ1 = ρ2
그런데 밀도 = 질량 / 부피이므로 밀도와 부피가 같다면 질량도 같게 된다.
이상의 내용을 정리하면 어떤 유체가 연속적으로 관을 따라 흐를 때 특정시간 동안 관을 따라 흐른 유체의 부피, 질량, 밀도는 관의 굵기 (관경)에 관계없이 어느 지점에서나 일정하다는 것을 알 수 있다.
위와 같은 사실을 토대로 관의 어느 특정 지점에서 유체가 흐르는 속도를 알 수 있게 된다.
유체가 흐른 부피는 관의 굵기(단면적)과 유체가 흐른 거리를 곱한 값이 된다. 유체가 이동한 거리는 유체의 속도와 시간의 곱이 된다. 그런데 유체가 연속하여 흐르는 관에서는 특정시간 동안 유체가 흐른 부피는 관의 어느 지점에서나 같다고 하였으므로 다음과 같은 식이 성립하게 된다.
위 식을 통해 동일 관에서 흐르는 유체의 속도는 관의 단면적에 반비례함을 알 수 있다.
위에서 말한 동일 관을 흐르는 유체는 관의 단면적에 관계없이 어느 지점에서나 동일 시간에 흐르는 부피, 밀도, 질량이 일정하고 유체의 흐르는 속도는 관의 단면적에 반비례한다는 것을 나타내는 식을 연속방정식이라고 한다.
◈ 베르누이의 법칙
앞서 특정한 관속의 흐르는 유체의 성질을 연속방정식을 통해 알아 보았다. 그런데 베르누이는 연속방정식으로 알아 본 유체와 성질과 열역학 제1법칙 즉 에너지 보존의 법칙을 이용하여 유체의 특성을 설명하고 있는데 이를 베르누이의 법칙이라고 한다. 베르누이의 법칙에 대하여 상세하게 알아 보자.
에너지보존의 법칙에 따르면 위 그림 ①에서와 와 ②에서의 유체가 갖은 에너지의 총 합은 같게 된다. 그런데 유체가 갖는 에너지는 유체가 하는 일과 속도에너지, 위치에너지로 구성된다. 여기서 일과 에너지는 같은 것이고 ①과 ②에서 유체는 동일한 압력하에서 부피가 변화는 것으로 보면 일을 했다고 본다. 이를 에너지 보존의 법칙식으로 나타내면 다음과 같다.
위 식에 부피(V)로 양변을 나누게 되면 다음과 같은 식이 성립한다. 부피로 나누어 주는 것은 양변의 총 에너지가 같으므로 유체의 단위 부피당 에너지로 같게 될 것이므로 부피(V)로 나누어 주는 것이고 양변의 단위 체적당 에너지의 총합을 같게 된다.
위 식에서 위치에너지가 일정 (관이 수평으로 평행)하다면 다음과 같은 식이 된다.
관이 수평으로 평행하면 관의 처음과 끝의 위치에너지는 동일하게 된다. 따라서 위치수도는
생략을 해도 등식이 성립한다.
즉 관 내부의 압력과 유체의 속도는 반비례함을 알수 있다.
또한 앞 식을 ρg로 나누면 다음의 식이 성립한다. 여기서 ρg로 나누는 것은 일과 에너지(속도 · 위치 에너지)은 같은 물리량이고 상호 변환할 수 있다는 가정하에 각각의 일과 에너지를 수두로 변환하기 위함이다.
위 식에서 일률(압력)과 단위 부피당 속도에너지를 수두로 변환하는 근거는 다음과 같다.
즉 압력 P은 특정 수두 ρgh와 같고 속도에너지도 특정 수두 ρgh와 같음에서 위식이 유도 된다.
수력기울기 (수력구배)
위에서 설명한 바와 같이 유체에 있어서는 에너지 일반식이 수두의 식으로 표현됨을 알 수 있다. 이러한 수두식은 아래 그래프와 같이 나타낼 수 있고 이를 통해 수력구배에 대하여 알아 보자.
위 그림에서 관내에 마찰이 없다고 하면 전수두는 에너지 보존의 법칙에 따라 일정하고 그림 처럼 수평이 될 것이다.
여기서 전수두란 압력수두, 속도수두, 위치수두를 합한 값이다.
그런데 압력수두와 위치수두의 합을 피에조미터 수두라고 하고 이는 전수두에서 속도수두의 값을 뺀 값이고
이것을 높이로 나타낸 값이 수력기울기선이다. 만약 유체의 진행방향으로 관의 지름이 점차 커진다면
유체의 진행 방향으로 속도가 작아지게 되고 따라서, 속도수두는 작아지는데 에너지선은 일정하므로,
일정한 에너지선에서 속도수두를 뺀 수력기울기선 (수력구배선)은 우상향하게 된다.
또한 속도구배선은 에너지선에서 속도수두를 뺀 것이기 때문에 항상 에너지선 아래에 위치하게 된다.
⊙ 압력수두(Pressure head) : P / ρg 를 압력수두라고 하며, 압력을 유체의 높이로 나타낸 것이다.
압력수두를 접압수두(Static pressure head)라고도 한다.
⊙ 속도수두 (Velocity head) : v2 / 2g 을 속도수두라고 한다. 유체의 속도에너지를 유체의 높이로 나타낸 것이다.
⊙ 위치수두 (Elevation head) : Z 를 위치 수두라고 한다. 유체의 위치가 갖는 에너지를 말한다. Potential energy라고도
⊙ 피에조미터 수두 (Piezometric head) : P/ρg + Z 를 피에조미터 수두라고 한다. 압력수두와 위치수두의 합이다.
유체가 흐르는 위치에 피에조미터를 설치했을 때 피에조미터에 액체가 올라가는 부분까지의 높이에 해당하는
수두를 의미한다.
토리첼리의 실험
17세기 이탈리아의 한 마을에서 우물을 찾는 사람들이 있었다. 그들은 우물을 찾기 위해 땅을 파기 시작했고12m의 땅을
판 끝에 물길을 찾을 수 있었다. 물길을 찾자 펌프의 관을 물속에 넣고 펌프질을 하였다. 그런데 물은 10.3m까지만 올라
갈 뿐 그 이상의 높이로는 올라가지 않았다.
사람들은 그 당시 위대한 과학자였던 갈릴레오 갈릴레이에게 이 현상을 의뢰했고 갈릴레이는 본 연구를 그의 조수였던
토리첼리에게 맡기고 세상을 떠난다.
토리첼리 실험 : 기압과 진공의 발견
토리첼리는 실험을 위해 우물의 상황을 재연하기로 했다. 하지만 실험을 위해 12m의 유리관을 만들 수는 없기에 실험방법을 고심하게 된다. 이 때 그의 스승 갈릴레이의 생전 조언 덕에 수은이 같은 부피의 물에 비해 13.5배 무겁다는 점을 생각할 수 있었고 펌프가 물을 10.3m 끌어 올린다면 수은은 10.3m를 13.5로 나눈 약 760 ㎜ (76㎝)까지는 올릴 수 있을 것이란 판단을 내린다. 이러한 이유로 그는 1m의 유리관과 수은을 이용하여 계속하여 실험을 진행하였다.
토리첼리는 수은을 1m의 유리관에 가득 채우고 엄지손가락으로 그 위를 눌러 막은 다음 유리관을 거꾸로 하여 수은이 가득 찬 그릇에 담고 엄지손가락을 떼었다. 그러자 유리관 속의 수은은 점점 내려가더니 760 ㎜ 높이의 기둥을 이루었고 유리관이 막힌 맨 끝은 텅 빈 공간을 형성하는 것을 발견하게 된다.
수은이 가득 찬 유리관을 똑같은 수은이 가득찬 그릇에 넣었는데 수은이 내려가며 유리관 막힌 부분에 빈 공간이 형성되었다. 처음 수은이 가득찬 공간은 공기가 없었기에 소량의 수은 증기를 무시하면 이 공간은 진공이라 볼 수 있다.
아리스토텔레스의 말에 의하면 자연은 진공 상태를 싫어 해서 빈공간을 매질로 채우려고 한다. 이러한 이유로 빈 공간이 생기지 않기 위해 수은은 유리관 끝까지 끌어 올려져야 한다. 하지만 실제로 수은은 아래로 내려가며 빈 공간을 형성했다. 즉 수은이라는 매질이 빈 공간을 채우기 위해 위로 올라가지 않는 현상을 보여 준다.
이 현상에 대해 고민하던 토리첼리는 "공기에 무게가 있는 것은 아닐까?"라는 결론에 도달하게 된다. 실제로 공기에는 무게가 있고 이 공기가 그릇에 담긴 수은 표면을 누르고 있다.
이 공기가 누르는 무게와 수은이 내려가는 힘이 평형을 이루는 높이가 760 ㎜인 것이다.
(지구 표면에서 이 실험을 진행했기에 지구 표면 공기압력이 수은 기둥 760 ㎜를 형성한 것이다. 토리첼리의 실험을 통해 인류는 공기가 누르는 힘인 대기압과 진공상태를 발견하게 되었다. 공기가 무게를 가지고 있다는 사실 및 진공상태가 존재할 수 있다는 점을 실험으로 증명한 것이다. 인류는 이를 기념하기 위해 공기가 지표면을 누르는 대기압인 1atm = 수은주의 기둥인 760 ㎜Hg = 760 torr (torr는 토리첼리의 이름에서 따온 단위)로 명명했다.
1atm = 760 ㎜Hg = 760 torr
토리첼리의 정리 (Torricelli's theorem)
토리첼리의 정리 (Torricelli's theorem)란 질점 (Material point)이 중력의 작용으로 자유낙하할 때의 속도와 높이와의 관계를 나타내는 식을 말한다.
위 그림에서 원통의 밑바닥 부근의 관의의 작은 구멍을 통하여 위쪽으로 물을 분출할 때에 관내의 저항 및 분출에 대한
공기저항이 없다고 가정을 하면 물은 H의 높이까지 분출하게 될 것이다.
이 때 물의 질량을 m, 분출속도를 v라 하면, 물의 수면상 위치에너지는 m·g·h [㎏·m/s2·m = ㎏·㎡/s2]이고 분출구에서
운동에너지는 ½mv2 이므로 베르누이의 정리에서 양자는 서로 호환이 되므로 운동에너지에 상응하는 위치에너지를
대응시킬 수 있어 다음과 같은 식이 성립하게 된다.
즉, 큰 탱크의 물이 측면에 작은 구멍으로 흘러 들어가는 속도는 수면에서 구멍까지의 높이와 중력 가속도에 의해 결정된다. 이러한 관계를 토리첼리의 정리 (Torricelli's theorem)하고 한다.
정압(靜壓)과 동압(動壓)은 흐르고 있는 물체가 나타내는 총압(總壓) 가운데 유속의 흐름의 속도와 관계되는 압력을 말한다.
마찰손실이 없는 자유표면을 가진 수평배관을 흐르는 물에 직각으로 구부러진 개구부를 가진 세관을 물이 흐르는 방향에 직각으로 세운다면 관내의 물은 자유표면 보다 H 높이 까지 올라가서 정지하게 된다. H는 유속에 상당하는 수두에 해당한다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.
전압, 정압, 동압의 상호관계
전압은 정압과 동압을 합한 값이다. 전압 = 정압 + 동압이다.
위 그림과 같이 배관 속에 유체(물)가 흐르고 있고 배관 내에 작은 구멍을 내고 직각으로 세관을 세우면
①의 세관에서는 세관의 개구부에 상당하는 높이 H까지 유체(물)가 상승하여 멈추게 된다.
이를 흐르는 물의 정압 (靜壓, static equilibrium)이라고 한다.
② 의 경우에는 흐르던 유체가 세관을 통하여 상승하여 유속이 "0"이 되어 정압보다 속도수두 v2/2g 에 상당하는 압력을
더하여 정압 때 보다 더 높게 수면이 상승하게 된다.
이와 같이 속도수두 v2/2g 에 상당하는 압력을 동압(動壓, dynamic equilibrium)이라고 한다. 위치수두로 환산하면
벤투리관(Venturi Tube)은 유체 유량을 측정하는 데 일반적으로 사용되는 관형 장치다.
이는 벤츄리 효과(Venturi effect)라는 물리적 원리를 이용한다. 이 효과는 유체가 파이프의 좁은 부분을 통과할 때 속도가 증가하고 압력이 감소하는 현상을 말한다. 벤츄리 튜브의 디자인은 이 원리를 활용하여 입구가 점차 좁아지고 출구를 확장한다. 유체가 벤츄리의 좁은 부분으로 들어가면 가속되어 압력이 감소한다. 이러한 압력 변화는 파이프 벽의 압력 측정 지점으로 측정할 수 있으며 유체의 유량을 결정하기 위해 계산한다. 벤츄리 튜브는 흔히 사용되는 유량 측정 도구이다. 구조가 간단하고 안정성이 높으며 정확도가 높기 때문에 다양한 유체의 측정에 널리 사용된다.
2. 벤츄리 효과
벤츄리 효과는 유체가 파이프의 좁은 부분을 통과할 때 속도가 증가하고 압력이 감소하는 현상을 말한다. 유체가 파이프의 좁은 부분으로 들어가면 유속이 증가하고 해당 압력이 감소한다. 이 효과는 이탈리아의 물리학자 Giovanni Battista Venturi가 발견하여 그의 이름이 붙여졌다. 이 효과는 베르누이 방정식으로 설명할 수 있다. 이 방정식은 유체 역학의 기본 법칙으로 점성이 없는 비압축성 유체에서 유선을 따라 흐르는 유체의 에너지는 보존됨을 보여 준다.
여기서, P는 유체의 압력
ρ는 유체의 밀도
v는 유체의 속도
g는 중력 가속도
h는 유체의 높이를 나타낸다.
실무에서는 벤투리 효과를 통해 벤투리관을 사용하여 파이프 내 유체의 속도를 측정할 수 있다. 유체의 속도는 파이프의 압력 차이에 비례하는 것을 이용하여 측정한다. 벤추리 효과는 측정 도구뿐만 아니라 항공기 날개 설계, 굴뚝 기류 설계, 수중 배관 시스템 등 다양한 분야에서 널리 사용됩니다. 이는 유체 역학에서 매우 중요한 원리이며 공학 및 물리학의 여러 분야에 많은 영향을 끼쳤다.
벤츄리관 작동원리
벤츄리 튜브는 다음 부품으로 구성된다.
① 입구 부분: 직경 D의 짧은 원통형 부분
② 수축 단면: 모양은 테이퍼형 튜브이고 원뿔 각도는 약 21°±2° 이다.
③ 스로트(Throat): 직경이 약 1/3~1/4D이고 길이가 파이프 직경과 동일한 짧은 직선 파이프 섹션
④ 확산 섹션: 원뿔 각도가 8°~15°인 원추형 튜브. 입구부 끝부분의 0.25~0.75D 지점에 압력 측정 링이 있고, 그 위에 최소
4개의 압력 측정 구멍이 있으며, 압력링이 압력 게이지로 연결된다.
또한 목구멍 중앙에는 압력 게이지로 이어지는 다채널 압력 측정 링도 있다. 입구 부분과 가장 작은 부분(즉, 목 부분) 사이의 압력 차이는 압력계 또는 자동 기록계의 눈금을 통해 측정할 수 있다. 입구 부분과 목 부분의 평균 속도, 평균 압력 및 단면적이 v1, p1, S1 및 v2, P2, S2라고 가정한다. 유체 밀도는 ρ 이다.
Bernoulli의 정리와 연속 방정식을 적용하고 평균 운동의 유선이 같은 높이라는 점에 주목하면 다음을 얻을 수 있다.
유량 Q를 계산하는 공식은 다음과 같다.
ρ, S1, S2를 알고 p1-p2를 측정한 후 위 공식에 따라 유량 Q를 얻을 수 있다.
벤츄리 튜브의 가장 큰 장점은 설치가 간편하다. 둘째, 확산 섹션으로 인해 유체가 점차 감속하여 난류를 줄인다(난류 참조). 따라서 압력 손실은 입구와 목 사이의 압력 차이의 10-20% 이하로 작다.
벤투리관은 유량을 어떻게 측정하는가?
벤추리 효과를 사용하여 흐름을 측정하는 간단한 단계는 다음과 같다.
⊙ 벤츄리 설치: 먼저 유량을 측정할 파이프에 벤츄리를 설치한다.
⊙ 차압 센서를 연결한다.
⊙ 벤투리관의 넓은 쪽 끝과 좁은 쪽 끝에 압력 센서를 설치한다. 이 센서는 유체 속도와 직접적으로 관련된 두 끝 사이의
압력 차이를 측정한다.
⊙ 압력차 읽기
유체가 벤튜리를 통과할 때 좁은 부분에서 속도가 증가하여 압력이 감소한다. 차압 센서는 넓은 쪽과 좁은 쪽의 압력 값
을 읽고 둘 사이의 압력 차이를 계산한다.
⊙ 유속 계산:
베르누이 방정식과 연속 방정식을 사용하여 유체의 속도를 계산한다.
v = sqrt(2(P1 – P2)/ρ). 여기서 P1은 넓은 쪽의 압력, P2는 좁은 쪽의 압력, ρ는 유체의 밀도다.
⊙ 유속을 결정한다.
⊙ 유량(Q)을 계산한다. 공식은 다음과 같다.
Q = A2 × v. 여기서 A2는 벤투리관의 좁은 부분의 단면적이고 v는 이전 단계에서 계산된 유체 속도다.
⊙ 기록 및 모니터링: 압력 차이와 흐름을 지속적으로 모니터링하고 시스템 상태 분석 또는 모니터링을 위해 데이터를 기록
한다.
벤츄리관 유량계
벤츄리 유량계는 차압 유량계다. 벤츄리 유량계는 벤츄리 튜브, 차압 전송기 및 밸브 블록의 조합입니다. 종종 압력 파이프의 흐름을 측정하는 데 사용된다.
벤츄리 유량계는 종종 공기, 천연 가스, 석탄 가스 및 물과 같은 유체의 흐름을 측정하는 데 사용한다. 여기에는 "수축", "목" 및 "확산"의 세 부분이 포함됩니다. 유량을 측정해야 하는 배관에 설치한다.
벤츄리 유량계는 차세대 차압 흐름 측정기. 측정의 기본원리는 에너지 보존법칙인 베를리에 방정식과 흐름의 연속방정식에 기초한 유량측정법이다.
내부 벤츄리 튜브를 통해 흐르는 유체의 스로틀링 프로세스는 기본적으로 기존 벤튜리 튜브와 환형 오리피스 플레이트를 통해 흐르는 유체의 스로틀링 프로세스와 유사하다.
