9. 유속 및 유량의 측정 (p139)
(12주차)
1) 유속의 측정
베르누이의 정리에서 msec로 구할 수 있다. 여기서 이다 . 실제로는 손실을 고려하여 아래와 같이 된다. 여기서 는 속도계수이다. 2) 유량의 측정
(1) 오리피스에 의한 방법
① 수조 오리피스(Tank orifice) 여기서, ：속도계수(0.9~0.96) [그림 4-16] 수조 오리피스 오리피스에서 단위 시간에 유출하는 실제의 유량 는 다음과 같다. 여기서, ：유량계수() ：축류계수(=수축계수, 0.61~0.66, ) ：속도계수(0.93~0.98) ② 관 오리피스(Pipe Orifice)：관 오리피스로 관로의 유량을 측정할 때에는 오리피스 앞 뒤에 생기는 압력차를 측정하면 된다.[그림 4-17] 관 오리피스
msec
mmin 여기서, ：관(단면적 ) 내의 평균 유속 ：유량 ：오리피스 직전과 직후의 정압 ：오리피스의 단면적 ：유량계수 ：유체의 압축성에 대한 보정계수(2) 피토관(Pitot tube)
압력 kgfm, 유속 msec, 비중량 kgfm인 유체의 흐름과 평행으로 그림과 같이 2종의 피토관 T, S를 두면 T에서는 전압 에서는 정압 가 구해진다. 위의 두 식에서 유체의 속도 는 다음 식으로 표시된다.
msec 여기서, ′ 동압
′ 여기서, =중력 가속도[msec][그림 4-18] 피토관
(3) 벤투리미터(Venturi-Meter)
벤투리미터는 주로 액체의 유량을 측정하는데 쓰인다. 압력손실은 노즐의 경우보다 작다.
[그림 4-19] 벤투리미터(4) 노즐(Nozzle)
유량을 측정할 때 노즐을 이용하면 오리피스보다는 압력손실이 작다. 관 속을 흐르는 유량의 식은 오리피스의 경우와 같다.
mmin (5) 위어(Weir)
물이 자유표면을 이루어 수로를 흘러갈 때 흐름의 도중에 [그림 4-20]과 같이 노치 (Notch)를 설치하여 수량을 잴 때가 있는데, 노치의 치수가 큰 것을 위어라 한다. 위어 의 형태는 여러 가지가 있으며, 위어를 넘쳐흐르는 유량 는 일반적으로 다음 식과 같 다.
여기서, ：위어판에서 충분히 떨어진 상류의 수면과 위어의 봉우리와의 수직거리로서 위어의 수두라 한다. ：위어의 유량계수 ：수로의 폭 ：위어의 폭 ：봉우리의 높이 [그림 4-20] 위어 ① 사각 위어：mmin ② 삼각 위어：mmin (6) 로타미터(Rotameter)
그림과 같이 관속에 작은 구 또는 다른 물체를 넣어 유체가 흐를 때 유량의 다소에 따라 플로 트(Float)의 높이가 다르므로 높이에 대한 눈금을 읽는다. 이것은 물보다는 가스 측정에 더 많이 사용된다. [그림 4-21] 로타미터3) 방수량의 계산
모든 관의 선단에 노즐을 달아 물을 방수하면 물은 노즐에서 나오는 순간 정압은 없어지고 곧 속도수두로 변한다. 노즐에서의 방수량은 피토관을 사용하여 노즐 구경의 1/2의 위치에서 측정한 다. 피토관에 나타나는 압력은 전압과 같으며, 소방에서는 노즐에서의 전압, 즉 노즐 압력을 구하 여 방수량을 계산하고 있다. min 여기서, × × msec min ′ ··· (4-24) 여기서, ：노즐구경[mm] ：압력[kgfcm] ′：압력[MPa]예제 어떤 옥외소화전의 노즐 방사압력을 피토 게이지로 측정 하였더니 압력이 0.55MPa이었다. 방수량 (m³/min)는 얼마인가?(단, 노즐구경은 19mm) 풀이 방수량 × × × × × = 552.843L/min=0.553m³/min
10. 개수로 흐름
1) 수력 평균 깊이(Hydraulic Mean Depth)
개수로의 대표길이를 표시하는데 보통 수력 평균 깊이(수력반지름이라고도 한다)를 쓴다. 흐 름의 단면적을 , 유체가 벽에 접하고 있는 부분의 길이를 라 하면 수력 평균 깊이()는 다음 과 같다. m ··· (4-25)
2) 상류와 사류
① 비에너지(Specific Energy)：개수로를 흐르는 유체의 단위 중량에 대한 전에너지를 개수 로의 바닥을 기준으로 하여 측정하였을 때 이것을 비에너지라 한다. ② 상류와 사류：수심이 임계 깊이보다 깊고, 유속이 임계유속보다 느린 흐름을 상류(Tranquil Flow)라 하고, 반대로 수심이 임계 깊이보다 얕고, 유속이 임계유속보다 빠른 흐름을 사류 (Rapid Flow)라 한다.3) 수력도약(Hydraulic Jump)
그림처럼 물을 채운 벽의 아래쪽 극간의 물이 유출하는 곳에서 처음에 수심이 얕고, 유속이 빠 른 사류상태의 흐름이 갑자기 수심이 깊어지고 완만한 유속의 상류로 변화할 때가 있다. 이러한 현상을 수력도약이라 한다. ① 도약이 일어나는 조건：
② 임계속도：
p146
01
동점성계수가 × 인 유체가 지름 2cm의 원관 속을 흐르고 있다. 원관 내 유체의 평균속 도가 5cms라면 마찰계수는? ① 0.064 ② 0.64 ③ 0.032 ④ 0.32 풀이 × m ms × × 층류 02
연속방정식에 대한 설명으로 가장 적합한 것은?1) ① 질량보존의 법칙을 만족한다. ② 뉴턴의 제2법칙을 만족시키는 방정식이다. ③ 단면적과 유량은 서로 반비례한다는 관계를 구할 수 있다. ④ 연속방정식에 따르면 실제 유체의 경우 경계면에서 속도는 상대적으로 0이어야 한다. 풀이 연속방정식은 질량보존의 법칙에 입각한다.03
지름이 5cm인 원관 속에 비중이 0.55인 유체가 0.01ms의 유량으로 흐르고 있다. 이 유체의 동점성 계수가 × ms일 때, 이 유체의 흐름은 어떤 상태인가? ① 층류 ② 임계흐름 ③ 난류 ④ 천이유동 풀이 ms × ms × × ms × × 난류04
점섬계수와 동점성계수에 관한 설명으로 올바른 것은? ① 동점성계수 = 점성계수⨯밀도 ② 점성계수 = 동점성계수⨯중력가속도 정답 1. ① 2. ① 3. ③연습문제｜9 ③ 동점성계수 = 점성계수÷밀도 ④ 점성계수 = 동점성계수÷중력가속도
05
그림과 같은 관을 흐르는 유체의 연속방정식을 맞게 기술한 것은?2) ① 방정식은 로 표시된다. ② 배관 내의 속도가 일정하다. ③ 방정식은 로 표시된다. ④ 방정식은 로 표시된다. 풀이06
유적선(Path Line)에 대한 설명으로 맞는 것은? ① 유선으로 이루어진 군을 말한다. ② 일정한 시간 내에 유체 입자가 흘러간 궤적을 말한다. ③ 유체의 내부에 한 폐곡선을 생각하여 이 위의 각 점을 지나는 유선으로 1개의 관을 만들 때 이 관을 말한 다. ④ 각 점에 대한 접선이 그 점에서의 속도벡터의 방향과 일치하는 곡선을 말한다. 풀이07
직경이 10cm인 원관속에 비중이 0.85인 기름이 0.01의 유량으로 흐르고 있다. 이 기름의 동점성 계수가 × ms일 때 이 흐름의 상태는? ① 층류 ② 난류 ③ 천이구역 ④ 비정상류 풀이 × × × × × 이므로 층류08
다음 설명 중 틀린 것은?3) 정답 4. ③ 5. ① 6. ② 7. ①① 정상유동은 유동장에서 유체흐름의 특성과 시간에 따라 변하지 않는 흐름을 말한다. ② 직관로 속의 어느 지점에서 항상 일정한 유속을 가지는 물의 흐름은 정상류로 볼 수 있다. ③ 연속방정식은 질량보존의 법칙을 나타낸 것이다. ④ 체적유량이 일정한 것은 압축성 유체에 적용하는 연속방정식이다.
09
내경이 50mm인 소화배관에 물이 260Lmin으로 흐른다. 압력이 400kPa이고 배관의 중심선이 기준 면보다 20m 높은 곳에서 소화수가 갖는 전수두는 약 몇 m인가? ① 61 ② 40 ③ 20 ④ 12 풀이 × × × 전수두 × × 10
내경 27mm의 배관 속을 정상류의 물이 매분 15L 흐를 때 속도수두는 약 몇 m인가? ① 1.11 ② 0.97 ③ 0.77 ④ 0.56 풀이 mm min × × × 속도수두 × m 정답 8. ④ 9. ① 10. ②연습문제｜11
![[그림 4-18] 피토관 (3) 벤투리미터(Venturi-Meter) 벤투리미터는 주로 액체의 유량 을 측정하는데 쓰인다 . 압력손실은 노즐의 경우보다 작다](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/4781430.17435/3.892.292.626.137.400/피토관-벤투리미터-벤투리미터는-액체의-측정하는데-압력손실은-노즐의-경우보다.webp)
