아낌없이 주는 나무

▣ 액체 비중의 기준이 되는 물(H2O)의 밀도는 다음과 같다.​

4. 비중량(specific weight)이란 무엇인가 ?

▣ 비중량은 밀도의 개념을 무게에 적용시킨 것이다. 여기서 비(specific)는 단위라는 말로 숫자 "1"을 의미한다. 즉, 체적

     "1" 단위당 무게 또는 단위 부피당 중량을 말한다. 또한 비중량은 밀도가 받는 중력에 의한 힘이라 할 수 있으므로 비중

     량은 밀도 × 중력가속도로 나타낼 수 있다. 무게는 질량과 중력가속도의 곱이므로 마찬가지로 비중량은 밀도 × 중력가

     속도가 된다. 4[℃] 물의 비중량은 물의 밀도 1,000 [㎏/㎥] × 중력가속도가 되므로 1,000 [㎏f/㎥]가 된다.​​

수은의 비중량은 수은의 비중은 13.6 으로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

수은의 비중량 = 수은의 비중 × 물의 비중량​

5. 비체적(specific volume)이란 무엇인가 ?

▣ 비체적(specific volume)은 단위 질량당 체적(부피)를 말한다. 수식은 비체적 = 부피 (V) / 질량 (m)이다. 밀도와

     역수 관계에 있다. 유체역학이나 열역학에 자주 등장하는 단위이므로 숙지하는 것이 필요한다.

7. 압력, 방수압, 방사압, 토출압

▣ 압력, 방수압, 방사압, 토출압은 압력의 여러 표현방법이며 압력은 단위 면적당 작용하는 힘을 말한다.

     수식으로 압력 = 힘 / 면적으로 표현한다. 기호로는 P를 쓰며 단위로는 N/㎡, kgf/㎡를 쓴다.​

8. 수두, (전)양정, 높이 (H)

▣ 에너지 보존법칙과 베르누이 법칙에서 위치에너지를 말한다. 위치에서는 특정 위치가 갖는 일할 수 있는 능력 즉 에너지

    를 말하며 위치에너지는 중력가속도와 높이의 곱으로 나타낸다. 그러나 표현의 편의상 소방유체에서는 중력가속도를

    생략하고 높이만으로 위치에너지를 표현한다.

    수두, 양정 = 중력가속도 × 높이 ⇒ 간략히 높이 [m]

​

9. 중력가속도

▣ 지구가 물체를 끌어 당기는 힘을 산정하기 위한 상수를 말한다. 기호는 g를 쓰고 단위는 가속도 이므로 m/sec2이고

      값은 9.8 m/sec2 이다.

​

10. 체적, 부피 (v) : 단위 [㎥]

​

11. 질량 [㎏], 무게 [㎏f]

​

12. 분자량 (M) : CO2 : 44 , 할론 : 148.95

13. 온도 (T)

  ▣ 섭씨 : 물이 어는 점을 0[℃] 끓는 점을 100 [℃]로 하고 이들 간격을 백등분 한 것.   단위 : ℃

  ▣ 화씨 : 물의 어는 점을 32 [˚F], 끓는 점을 212 [˚F]로 하여 이들을 180 등분 한 것.    단위 : ˚ F

  ▣ 절대온도 [ ˚ K = 273 + ℃ ]

  ▣ 섭씨 온도와 화씨 온도의 변환​​

14. 기체 상수 (R) : 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.​

19. 구경, 관경, 내경, 직경 (D) : [m, ㎜]

​

20. 유속, 속도 (v, u) : [m/s]

​

21. 각종 계수 (C) : 유량 계수 등

​

22. 동력 (P)

▣ 동력을 일률과 같다. 단위는 [J/s], [W] 를 쓴다.

  ⊙ 1[HS] = 0.746 [kW]

  ⊙ 1[PS] = 0.735 [kW]

​

23. 효율 [η]

▣ 효율은 입력 대비 출력을 말한다.​

24. 전달계수 (K)

 ▣ 전달계수는 에너지 변환과정에서 손실을 감안하여 여유율을 두는 정도이다.

   ⊙ 전동기의 경우 통상 1.1 ~ 1.2 정도의 여유률을 둔다.

​

25. 전압, 정압 (P)

 ▣ 유체가 정지해 있을 때 또는 등속도 운동을 할 때의 압력을 정압이라고 한다.

   ⊙ 기호로는 P를 쓰고 단위로는 [㎜Aq, ㎜H2O] 등을 쓴다.

​

26. 마찰손실계수 (f)

 ▣ 유체의 입자간의 충돌 등 입자의 운동에 의한 손실율을 나타내는 계수를 말한다.

​

27. 길이 (L) : [m, ㎜]

​

28. 조도 (C) : 관 등의 거칠기 등을 말한다.

​

29. 회전수 (N) : [rpm, rps]

​

#밀도 #질량 #중량 #비중 #비중량 #비체적 #압력 #중력가속도 #체적 #기체상수

#체적유량 #질량유량 #중량유량 #마찰손실계수

    ▣ 액체 비중의 기준이 되는 물(H2O)의 밀도는 다음과 같다.​

4. 비중량(specific weight)이란 무엇인가 ?

 ▣ 비중량은 밀도의 개념을 무게에 적용시킨 것이다. 여기서 비(specific)는 단위라는 말로 숫자 "1"을 의미한다. 즉, 체적

      "1" 단위당 무게 또는 단위 부피당 중량을 말한다. 또한 비중량은 밀도가 받는 중력에 의한 힘이라 할 수 있으므로 비중

      량은 밀도 × 중력가속도로 나타낼 수 있다. 무게는 질량과 중력가속도의 곱이므로 마찬가지로 비중량은 밀도 × 중력가

      속도가 된다. 4[℃] 물의 비중량은 물의 밀도 1,000 [㎏/㎥] × 중력가속도가 되므로 1,000 [㎏f/㎥]가 된다.​​

대표적인 액체 유체인 물의 비중량은 다음과 같다.​​

수은의 비중량은 수은의 비중은 13.6 으로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

수은의 비중량 = 수은의 비중 × 물의 비중량

5. 비체적(specific volume)이란 무엇인가 ?

  ▣ 비체적(specific volume)은 단위 질량당 체적(부피)를 말한다. 수식은 비체적 = 부피 (V) / 질량 (m)이다. 밀도와

       역수 관계에 있다. 유체역학이나 열역학에 자주 등장하는 단위이므로 숙지하는 것이 필요한다.​

7. 압력, 방수압, 방사압, 토출압

 ▣ 압력, 방수압, 방사압, 토출압은 압력의 여러 표현방법이며 압력은 단위 면적당 작용하는 힘을 말한다.

      수식으로 압력 = 힘 / 면적으로 표현한다. 기호로는 P를 쓰며 단위로는 N/㎡, kgf/㎡를 쓴다.​

8. 수두, (전)양정, 높이 (H)

 ▣ 에너지 보존법칙과 베르누이 법칙에서 위치에너지를 말한다. 위치에서는 특정 위치가 갖는 일할 수 있는 능력 즉 에너

      지를 말하며 위치에너지는 중력가속도와 높이의 곱으로 나타낸다. 그러나 표현의 편의상 소방유체에서는 중력가속도

      를 생략하고 높이만으로 위치에너지를 표현한다.

      수두, 양정 = 중력가속도 × 높이 ⇒ 간략히 높이 [m]

​

9. 중력가속도

  ▣ 지구가 물체를 끌어 당기는 힘을 산정하기 위한 상수를 말한다. 기호는 g를 쓰고 단위는 가속도 이므로 m/sec2이고

       값은 9.8 m/sec2 이다.

​

10. 체적, 부피 (v) : 단위 [㎥]

​

11. 질량 [㎏], 무게 [㎏f]

​

12. 분자량 (M) : CO2 : 44 , 할론 : 148.95

13. 온도 (T)

  ▣ 섭씨 : 물이 어는 점을 0[℃] 끓는 점을 100 [℃]로 하고 이들 간격을 백등분 한 것.  단위 : ℃

  ▣ 화씨 : 물의 어는 점을 32 [˚F], 끓는 점을 212 [˚F]로 하여 이들을 180 등분 한 것.  단위 : ˚ F

  ▣ 절대온도 [ ˚ K = 273 + ℃ ]

  ▣ 섭씨 온도와 화씨 온도의 변환​​

14. 기체 상수 (R) : 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​

15. 유량, 체적유량, 방수량, 방사량, 토출량, 양수량 (Q)

 ▣ 유체역학에서는 물질의 상태를 어떤 좌표값으로 특정 지점을 통과하는 연속체의 개념으로 본다. 유체는 수많은 입자들

      로 구성되어 있기 때문에 각각의 입자들을 분석대상으로 보는 것이 아니라 특정 지점을 통과하는 연속체의 개념으로

      분석한다,

 ▣ 따라서 유량도 특정시점에서 관의 어느 부분을 통과하는 연속적인 양의 개념인 체적유량을 개념으로 정의한다. 이 때

      특정시점에 특정지점을 통과한 유체의 부피로 흐르는 유량을 나타내는 것이 체적유량이며 이를 소방유체역학에서는

      유량, 체적유량, 방사량, 토출량, 양수량 등으로 부르며 기호로는 Q를 쓰고 단위로는 [㎥/sec], [ℓ/min],  [단면적(A) [㎡] ×

      속도 v [m/sec]]으로 나타내며 유체의 부피는 온도, 압력 등에 따라 변화하므로 부피 유량을 나타낼 때는 온도와 압력을

      함께 표시한다.

​

16. 질량 유량 (M)

 ▣ 위에서 말한 체적 유량이 측정하기도 쉽고 사용하기도 간편하나 부피는 온도, 압력에 따라 변화하므로 이를 보완하기

      위해 도입된 것이 질량 유량이다. 질량은 어디 있든, 어떠한 환경이든 똑같고 또한 질량은 보존되기 때문이다.

      질량 유량은 유체입자의 양을 측정하는 개념이다.

 ▣ 즉, 질량유량은 단위 시간당 흐르는 유체의 질량(㎏)을 측정하는 것이며 시간당 유체의 흐른 유체의 질량(㎏)을 의미한

      다. 단위로는 [㎏/s]를 쓰며 kg을 g, ton으로 s를 min, hour으로 쓰기도 한다. 측정방법으로는 ‘질량 유량 = 밀도 × 단면적

      × 평균 유속, 질량유량 = 밀도 × 부피(체적) 유량’ 으로 나타낸다.

   ⊙ 질량유량 = 밀도 × 단면적 × 평균 유속 [kg/s]

   ⊙ 질량유량 = 밀도 × 부피(체적) 유량 [kg/s]

​

17. 중량유량 (G)

 ▣ 중량유량은 단위 시간당 흘러간 유체의 중량을 말하며 이는 질량유량에 중력가속도를 곱해 산정한다. 즉, 질량유량을

      지구 중력으로 환산한 값이다. 기호로는 G를 쓰고 단위는 [N/s], [㎏f/s]를 쓴다. 산정식은 ‘중량 유량 = 중력가속도 ×

      밀도 × 단면적 × 평균 유속, 중량유량 = 중력가속도 × 밀도 × 부피(체적) 유량’ 으로 나타낸다.

  ⊙ 중량유량 = 중력가속도 × 밀도 × 단면적 × 평균 유속 [N/s, kgf/s]

  ⊙ 중량유량 = 중력가속도 × 밀도 × 부피(체적) 유량 × 평균 유속 [N/s, kgf/s]

​

18. 단면적 (A)

  ▣ 유체는 대부분 원형관을 통해 공급되므로 단면적은 일반적으로 원의 면적이 된다.​

19. 구경, 관경, 내경, 직경 (D) : [m, ㎜]

​

20. 유속, 속도 (v, u) : [m/s]

​

21. 각종 계수 (C) : 유량 계수 등

​

22. 동력 (P)

  ▣ 동력을 일률과 같다. 단위는 [J/s], [W] 를 쓴다.

    ⊙ 1[HS] = 0.746 [kW]

    ⊙ 1[PS] = 0.735 [kW]

​

23. 효율 [η]

  ▣ 효율은 입력 대비 출력을 말한다.​

24. 전달계수 (K)

  ▣ 전달계수는 에너지 변환과정에서 손실을 감안하여 여유율을 두는 정도이다.

     ⊙ 전동기의 경우 통상 1.1 ~ 1.2 정도의 여유률을 둔다.

​

25. 전압, 정압 (P)

 ▣ 유체가 정지해 있을 때 또는 등속도 운동을 할 때의 압력을 정압이라고 한다.

   ⊙ 기호로는 P를 쓰고 단위로는 [㎜Aq, ㎜H2O] 등을 쓴다.

​

25. 마찰손실계수 (f)

  ▣ 유체의 입자간의 충돌 등 입자의 운동에 의한 손실율을 나타내는 계수를 말한다.

​

26. 길이 (L) : [m, ㎜]

​

27. 조도 (C) : 관 등의 거칠기 등을 말한다.

​

28. 회전수 (N) : [rpm, rps]

​

#밀도 #질량 #중량 #비중 #비중량 #비체적 #압력 #중력가속도 #체적 #기체상수

#체적유량 #질량유량 #중량유량 #마찰손실계수

1. 역적 운동량 방정식

▣ 역적이란 말은 일정한 시간 동안 힘이 쌓인다는 뜻으로 힘의 적분을 의미한다.

     배관내에 질량이 m인 물체가 dt 시간 만큼 움직인 경우에 배관내의 유속이

      V1에서 V2로 변했다고 가정을 하고 이 때 유체에 작용하는 힘을 구해 보자.​

2. 고정 평판에 작용하는 힘

​

노즐에 의하여 고정 평판에 유체를 분사했을 때 고정 평판에 작용하는 힘을 구해 보자.

위 그림에서 유동하는 유체가 고정 평판에 미치는 힘은 평판이 V2의 속도로 이동한다면

평판에 부딪힌 유체도 V2의 속도로 이동하게 되므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.​

그런데 고정된 평판이라면 유체의 수평방향 유속 V2 = 0 되므로 다음과 같이 된다.​

여기서 부호 (-)는 유체가 흐르는 방향과 반대방향으로 힘이 작용한다는 의미이다.

또한 체적 유량 Q = A · v 이므로 이를 위식에 대입하면​

3. 경사면에 작용하는 힘

다음 그림과 같이 평면에 경사지게 노즐로 유체를 분사했을 때 작용하는 힘을 구해 보자.

위 그림에서 유체가 평판에 부딪혀 정지하고 유체에는 점성도 없다고 가정하고 작용하는 힘을 수직축 즉 중력에 의한 힘만을 구해 보면 다음과 같다.

4. 곡면에 작용하는 힘

​

다음 그림과 같이 곡관 속에 흐르는 유체가 곡면에 작용하는 힘을 구해 보자.

먼저, ①, ② 지점에서의 힘의 x축 성분, y축 성분과 속도의 x축 성분, y축 성분을 알아 보자.

먼저 속도 성분을 x축과 y축 성분으로 나누어 보면 다음과 같다.​

① 지점에서의 힘의 성분은 다음과 같다.​

② 지점에서의 힘의 성분은 다음과 같다.​

이제 곡면에 작용하는 힘의 x성분을 알아 보자. 운동량 방정식에서 힘이 작용한 만큼 운동량이 변화하므로 힘의 변화량은 운동량의 변화량과 같게 되어 다음의 식이 성립한다.

힘의 y성분을 구해 보면​

그런데 위에서 곡관의 면적이 같고 (A1 = A2), 유속이 ① 지점과 ② 지점에서 같다고 가정하면 힘의 x성분과 y성분은 다음과 같이 나타낼 수 있다.​

5. 베인 중심선이 받는 힘

​

베인이란 유체가 흐르고 있는 배관내에 수직으로 회전할 수 있도록 만들어진 날개를 말하며 일반적으로 평판을 휘어지게 만든 것을 말한다.

아래 그림과 같이 노즐에서 분사된 유체가 베인에 힘을 작용하여 베인을 회전하게 만들 때 작용하는 힘을 구하여 보자.

이 때 작용하는 x축과 y축에 작용하는 힘은 다음과 같다.​

베인 중심선에 작용하는 힘은 다음과 같다.​

6. 분류 추진 (추진력)

​

아래 그림과 같이 유체를 분출시키면 그 반발력으로 물체가 앞으로 나가게 되는데

이를 추진력, 분류 추진이라고 한다.

이 때 분류 추진으로 물체가 전진하게 되는 것은 분출되는 물체가 질량이 있고 유체의 속도가 변하는 가속도에 의하여 반발력, 즉 추진력이 생기게 되는데 이 때 작용하는 힘, 추진력은 다음과 같다.​

7. 노즐 플랜지에 작용하는 힘 (반발력)

​

어떤 배관에 유체의 속도를 높여 멀리 보내기 위해 구멍의 크기를 작게 하는 노즐을 설치하여 유체를 방사했을 때 유체가 방사하는 힘의 반발력으로 노즐의 플랜지에 힘이 작용하게 된다. 이 때 작용하는 힘을 구해 보자.

이 때 플랜지 볼트에 작용하는 힘은 다음과 같이 구할 수 있다.​

또 다른 산정식이 있는데 결과는 같다.

#운동량 #플랜지 #운동에너지 #질량유량 #체적유량 #경사면 #고정평판 #경사각 #날개각 #베인 #중심선 #추진력 #힘 #반발력 #수평 #수직

1. 펌프의 흡입이론에서 볼 때 물을 흡입할 수 있는 이론 최대 높이 [m]를 구하시오. (단, 대기압은 760 [㎜Hg], 수은의 비중

     량은 133,280[N/㎥], 물의 비중량은 9,800[N/㎥]이다) [4점] ★★★★

[풀이]​

[해설] 이론 최대 높이 (이론 흡입 수두 (양정))

          P = γ1·H1 = γ2 · H2 [Pa = N/㎡]

          여기서, P : 압력 [Pa = N/㎡]

                       γ1 : 수은의 비중량 (133,280[N/㎡] = 133.28 [kN/㎡])

                       H1 : 수은의 높이 (수두) [m]

                       γ2 : 물의 비중량 (9,800 [ N/㎡] = 9.8 [kN/㎡])

                       H2 : 물의 높이 (수두) [m]

​

[관련 문제] 옥외소화전의 전동력을 구하시오.

   ① 옥외소화전은 5개 설치되었다.

   ② 실양정은 20 [m] 이다.

   ③ 호스길이는 25 [m] 이다. (호스 마찰손실 수두는 호스길이 100[m]당 4[m]이다)

   ④ 배관 및 배관의 마찰손실수두 : 10 [m]이다.

   ⑤ 펌프의 효율 50은 [%] 이고 전달계수는 1.1 이다.

   ⑥ 관창에서의 방수압은 : 29 [mAq]이다.

   ⑦ 주어진 조건외에는 다른 값은 무시한다.

[문제풀이]​

   방수량 Q : 옥외 소화전 350 [ℓ/min]의 최대 2개 까지 적용하므로 350 [ℓ/min] × 2 = 700 [ℓ/min] = 0.7 [㎥/min]

   전양정 H = h1 + h2 + h3 + 25 [m]

    여기서, H : 전양정 [m]

                 h1 : 소방호스의 마찰손실수두 [m]

                 h2 : 배관 및 관부속품의 마찰손실수두 [m]

                 h3 : 실양정 (흡입양정 + 토출양정) [m]

                 25 : 옥외소화전설비 규정방수 압력의 환산수두 [m] (0.25 [MPa] ⇒ 25[m])

                  ∴ H = 25 × (4/100) +10 + 20 + 29 = 60 [m]​

[관련 문제 2] 송풍기의 동력 [kW]을 구하시오.

   ⊙ 총 누설량 : 2.1 [㎥/s]

   ⊙ 총 보충량 : 0.75 [㎥/s]

   ⊙ 송풍기의 효율 : 50 [%]

   ⊙ 송풍기의 압력 : 1,000 [Pa]

   ⊙ 전달계수 : 1.1

   ⊙ 송풍기 풍량의 여유율 : 15 [%]

[풀이]​

   풍량 Q = (총 누설량 + 총 보충량) × 여유율 = (2.1+0.75) × 1.15 = 3.227 [㎥/s]​

2. 제연설비의 공기 유입 덕트내에 분당 180 [㎥]의 공기가 유입될 때 그림 "A, B, C" 각 부분에서의 이론 공기 유속 [m/s]을

      구하시오. (단, 덕트내의 마찰손실은 무시한다) [6점] ★★★★★

   단면적 : A = 120 × 70 [㎠]

                B = 120 × 60 [㎠]

                C = 120 × 50 [㎠]​

3. 그림과 같이 배관을 통하여 할론 1301의 정상흐름(steady flow)이 일어나고 있다. 이 흐름이 1차원 유동이라고 할 때 ②

    지점에서의 할론 1301의 밀도 [g/㎥]를 구하시오. (단, ①, ② 지점에서의 내부 단면적의 직경은 50[㎜]와 25[㎜]이다.

    [4점] ★★★★★

  [풀이]

   질량유량 M = ρ1 · A1 · v1 = ρ2 · A2 · V2 [㎏/㎥]​

4. 온도 20 [℃], 압력 196.14 [kPa]인 공기가 안지름 150 [㎜]인 배관을 1.5 [㎏/s]로 유동하고 있다. 유동을 균일 분포 유동으

    로 가정할 때, 유속 [m/s]을 구하시오. (단, 공기의 기체상수 R = 0.287 [kJ/㎏·K]로 한다. [4점] ★★★

[풀이]​

5. 물이 매초 당 3,00 [N]으로 내경 300[㎜]인 소화배관을 통하여 흐르고 있다. 다음 각 물음에 답하시오. [5점] ★★★★★

  (1) 소화배관내 물의 평균 유속 [m/s]을 구하시오.

  (2) 소화배관 내 물의 평균유속을 9.7 [m/s]으로 할 경우 소화배관의 관경 [m]을 구하시오.

[풀이]​

  (2) 계산기의 Solve 기능을 활용하여 풀어 보자.​

6. 내경이 80[㎜]인 옥내 소화전 설비의 배관에 유량이 390 [ℓ/min]으로 흐르고 있다. 

    다음 각 물음에 답하시오. [6점] ★★★★★

  (1) 배관내의 평균유속 [m/s]을 구하시오.

  (2) 질량 유량 [㎏/s]을 구하시오.

  (3) 중량 유량 [N/s]을 구하시오.​

7. 옥내 소화전 방수구에 직경 15[㎜]의 오리피스를 설치하였다. 압력이 0.5[MPa]일 경우 방수량 [ℓ/min] 은 얼마인가 ? (단,

    오리피스 계수는 0.75 이다) [6점] ★★★​

※ 유량계수(오리피스계수, 흐름계수 등)이 주어지면 2.086 ÷ 0.99 = 2.107 값을 적용, 이 때 C = 0.99

     2.086은 유량계수가 적용된 값이다.

     2.107은 유량계수가 적용되지 않은 값이다.

     유량계수 값이 주어지면 2.107값을 적용하고 그렇지 않으면 2.086를 적용한다.

       ⊙ 유량계수값이 주어지지 않을 경우 : 2.086

       ⊙ 유량계수값이 주어지는 경우 : 2.107

[관경을 구할 때]​

   ※ 방수량 산정식​

   여기서, Q : 방수량 [ℓ/min]

               C : 흐름계수 (유량계수, 오리피스 계수)

               D : 구경(직경) [㎜]

                  - 노즐구경 : 옥내소화전설비 : 13 [㎜]

                                      옥외 소화전 설비 : 19 [㎜]

               P : 방수압 [MPa]

​

#방수압 #체적유량 #질량유량 #중량유량 #흡입양정 #실양정 #비중량 #밀도 #마찰손실

#양정 #수두 #제연설비 #소화전

1. 유량

가. 연속방정식

▣ 배관의 단면이 다른 관이 있다고 했을 때, 이 단면을 통해서 흐르는 유량은 항상 일정하다. 이는 에너지 보존의 법칙에

      따른 것이다.

    ρ1 · A1 · v1 = ρ2 · A2 · v2

 ⊙ 전압 = 정압(靜壓) + 동압 (動壓)

   ※ 관의 굵기에 관계없이 전압 (정압+동압)은 일정하다. 관이 굵으면 정압이 높이 동압이 낮으며 관이 가늘면 동압이 높고

       정압이 낮다.

​

 ① 1차원 유동의 연속방정식

    ▣ 체적 유량 Q = A v : 체적유량 = 면적 × 유속

                         Q = A1 · v1 = A2 · v2

    ▣ 질량 유량 : m = ρ A v = ρ · A1· v1 = ρ · A2 · v2

    ▣ 중량 유량 : G = γ A v = γ · A1 · v1 = γ · A2 · v2

    ▣ 1차원 연속방정식의 미분

      ⊙ 질량 유량을 미분을 하면 연속방정식은 항상 일정하다는 것이므로 상수가 되는데 이를 미분하면 "0"이 된다.​

  ② 2차원 정상류 비압축성 유체의 연속방정식

    ⊙ x축과 y축에 대하여 편미분한 값을 합한 값이 "0"이 된다.​

   ex : x축 방향의 속도 성분을 u = x2 - y2, y방향의 속도성분을 v = -xy라고 한다면 연속방정식 성립여부​

2. 유량 및 유량계수

  ▣ 유량계수는 어떤 특정관에서 유체의 흐름을 특정해 주는 지수를 말한다.

      Q = A · v 에서 Q = C · A · v 로 표현한다. 여기서 C는 유량 계수이다.

  ▣ 유량계수는 유체의 수축유량계수와 속도 유량계수의 곱으로 나타낸다.

       Cq = Co × Cv = A × Co × v ×Cv

​

가. 유량 측정 : 벤츄리 미터

    벤츄리 유량측정식은 다음과 같다.​

 나. 물탱크의 유량

  ▣ 수조내 증가하는 유량

    ⊙ 유입수량 - 토출유량

  ▣ 소화용수의 사용시간​

다. 노즐에서 방사량 ​

라. 소방차의 방수량​

마. K-factor (유량계수)가 주어졌을 때​

※ 수력반경과 수력 직경

    ※ P : 유체가 접하고 있는 관의 둘레 길이

        A : 관의 단면적

ex : 위의 정사격형의 수력반경과 수력직경을 구하면​

【 출제 예상 문제】

​

1. 다음 식에서 연속방정식이 아닌 것은 ?​

2. 392 [N/sec]의 물이 지름 20 [㎝]의 관 속에 흐르고 있을 때 평균유속은 약 몇 [m/sec] 인가 ?​

3. 유동단면이 30[㎝] × 40 [㎝] 사각적 수로를 통하여 비중 0.86, 점성계수 0.027인 기름이 2[m/sec]의 유속으로 흐른다.

     이 때, 수력 직경에 기초한 레이놀즈의 수는 얼마인가 ?​

4. 직경 20 [㎝]의 소화용 호스에 물이 질량 유량 1,000[㎏/sec]로 흐른다. 이 때의 평균유속은 약 몇 [m/sec]인가 ?​

5. 연속방정식의 설명으로 가장 적합한 것은 ? ①

   ① 질량보존의 법칙을 만족한다.

   ② 뉴턴의 제2법칙을 만족시키는 방정식이다.

   ③ 단면적과 유량은 서로 반비례한다는 것을 구할 수 있다.

   ④ 연속방정식에 따르면 실제 유체의 경우 경계면에서 속도는 상대적으로 0 이어야 한다.

​

6. 그림과 같은 관을 흐르는 유체의 연속방정식을 맞게 기술한 것은 ?

  연속방정식은​

7. 내경 20 [㎝]의 매분 5.4 [㎥]의 물이 흐르고 있을 때 유속은 약 몇 [m/sec]인가 ?​

8. 직사각형 덕트에서 가로는 반으로 줄이고 세로는 2배로 늘리면 수력 직경은 몇 배가 되겠는가 ?

   수력직경을 구해 보면​​

   ※ 변수가 하나가 아니라 2개 이므로 비교할 수가 없다.

​

9. 검사면을 통과하는 유동에 대하여 질량유동을 ρAv 로 구할 때 필요한 조건이 아닌 것은 ? ③

   ① 검사면은 움직이지 않는다.        ② 밀도는 일정하다.

   ③ 검사면이 원형이다.                    ④ 유동은 검사면에 수직이다.

   ※ 관이 어떤 모양이든 단면적만 구하면 된다.

​

10. 수면의 면적이 10 [㎥] 인 저수조에 계속적으로 분당 1 [㎥]의 유량으로 채워지고 있다. 화재 초기에 수심은 2 [m] 였고

       진화를 위해 분당 2 [㎥]의 물을 계속 사용한다면 이 저수조가 고갈될 때까지는 약 몇분이 걸리겠는가 ?

   줄어 드는 양 : 1 [㎥/min] - 2 [㎥/min] = -1 [㎥/min]

   고갈되는 시간 : T = 10 × 2 [㎥] ÷ 1[㎥/min] = 20 [min]

​

11. 안지름이 13 [㎜]인 옥내 소화전의 노즐에서 방출되는 물의 압력이 230 [kPa]이라면 10분 동안의 방출량은

      약 몇 [㎥]인가 ?​

12. 소방차에 설치되어 있는 물탱크에 소화수원으로 2[㎥]이 채워진 상태로 화재 현장에 출동하여 구경이 21 [㎜]인 노즐을

      사용하여 294.2 [kPa]의 방사압력으로 방사할 경우 물 탱크내 소화수원이 완전히 소모되는데 약 몇 분이

      소요되겠는가 ?​

#유량측정 #벤츄리미터 #유량 #노즐 #방사량 #수력반경 #수력직경 #이중관 #연속방정식 #정상류 #압축성 #유량계수 #체적유량 #질량유량 #중량유량 #레이놀즈수