관로의 손실수두, 관 마찰계수, 유량계수K

1. 관속의 손실수두

1) 관 마찰에 의한 손실 수두 HL : Darcy-Weisback 방정식

관에서의 손실 수두(HL)는 속도수두(V^2/2g)와 관의 길이(L)에 비례하고, 관의 지름(d)에 반비례한다.

① 단위 길이당 손실 수두

 

② 관마찰 계수 f : 유체가 관 속을 흐를 때 관의 내벽과의 사이에 발생하는 마찰 저항이다.

가). 층류 구역 : Re < 2,100 조건

나). 천이 구역 : 2,100 < Re < 4,000 조건

다). 난류 구역 : Re > 4,000 조건

 

 

2) 비 원형 단면을 갖는 관로에서의 관 마찰

관 단면이 원형이 아닌 경우의 관 마찰은 수력 반지름의 개념을 도입한다.

① 수력 반지름 Rh

가). 비원형관 : Rh = A / P , P : 접수길이

나). 원형관 : Rh = A / πd = d / 4,  ->  d = 4 Rh

② 손실수두(Darcy-Weisback 방정식)

③ 레이놀즈 수와 상대 조도

가). 레이놀즈 수

나). 상대 조도

 

 

3) 부차적 손실

관 마찰 이외의 밴두, 엘보, 단면적 변화부, 밸브 등 관부속에서 부가적 저항손실(HL)이 발생한다.

① 돌연 확대관에서의 손실

가). 손실수두 h L1-2	나). 손실 계수 k
	∴ d2 > d1 이면, k =1

② 돌연 축소관에서의 손실

가). 손실수두 h L	나). 손실 계수 k(≒0.5)
∴ Cc : 축소계수(= A0 / A2)

③ 점진 확대관의 손실 HL

• 손실 계수 : θ = 6~7˚에서 최소가 되고, θ = 65˚에서 최대가 된다.

④ 사각 모서리 입출구를 갖는 관로의 수두

 

 

4) 관의 상당길이 Le

부차적 손실에 대해 동일 유량의 같은 에너지 손실을 갖는 관의 길이로 표현된다.

5) 관의 등가길이 l2

 

 

 

 

2. 밸브 유량 계수 K

밸브 전개 시 밸브의 통수 능력을 표시하며, 유량 조절밸브의 치수를 결정하는데 중요한 값이다.

흐름 저항의 반대 개념으로, 오리피스 직경에 반비례한다.

1) 표시 및 계산

① Kv : 한국, 독일, 일본

밸브 전후의 압력차가 1 bar 일때, 5~30˚C의 물이 통과하는 유량을 [m^3/hr]로 표시

② Cv : 미국, 영국

밸브 전후의 압력차가 1 psi 일때, 60˚F의 물이 통과하는 유량을 [gallon/min]로 표시

③ Av : SI 단위

밸브 전후의 압력차가 1 Pa 일때, 물이 통과하는 유량을 [m^3/sec]로 표시

 

2) 특성

동일 차압에서 K 값이 클수록 유량이 많은 것을 의미하며, 너무 큰 값은 좋지 않다.