단위공정관리(3) 유동현상 목차 정리
1. 서론
단위공정관리(1) 참고
https://ruhappynow.tistory.com/6
단위공정관리(1) 물질수지 기초지식 목차 정리
1. 단위환산 1. 차원과 단위 1) 차원(Dimension) 길이, 시간, 질량, 온도와 같은 측정의 기본 개념 2) 단위(unit) 차원을 나타내는 수단 (1) SI 단위(국제표준단위) (2) 단위 - 기본단위: 길이, 질량, 시간, 온
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2. 유체의 이동
1. 유체
모양이 변하는 동안 전단응력(Shear Stress)이 존재하며, 그 크기는 유체의 점도와 미끄러짐의 속도에 연관된다.
새로운 모양이 이루어지면, 전단응력은 없어지며 평형에 있는 유체도 전단응력이 없다.
압축성 유체: 온도와 압력에 따라 밀도가 변하는 유체(기체)
비압축성 유체: 온도와 압축에 따라 밀도가 거의 변하지 않는 유체(액체)
2. 유체의 수송
1) 관의 규격
- Schedule No. = 1000* (내부작업 압력/ 재료의 허용 응력)
번호가 클수록 두께가 커진다. (외경은 같고 두께가 커진다. )
- BWG(Birmingham Wire Gauge) : BWG 값이 작을수록 관벽이 두꺼운 것이다.
2) 관부속품
(1) 두 개의 관을 연결할 때 : 플랜지, 유니온, 니플, 커플링, 소켓
(2) 관선의 방향을 바꿀 때 : 엘보, Y-지관, 십자, 티
(3) 관선의 직경을 바꿀 때 : 리듀서, 부싱
(4) 지선을 연결할 때 : 티, Y-지관, 십자
(5) 유로를 차단할 때 : 플러그, 캡, 밸브
(6) 유량을 조절할 때 : 밸브
3) 액체수송 - Pump의 이용
*압축비 = n*√(P2/P1)
n : 단수, P2 : 토출압, P1 : 흡입압
- 왕복펌프 : 왕복운동으로 점성 액체의 수송이나 고압을 얻는 데 적합하다. 예) 피스톤 펌프, 플런저 펌프
- 회전펌프 : 회전자의 회전으로 점도가 큰 유체를 수송한다. 예) 기어 펌프, 스크류 펌프, 로브 펌프
- 원심펌프 : 임펠러의 회전에 의한 원심력에 이해 유체를 밀어낸다. 예) 볼류트 펌프, 터빈 펌프, 프로펠러 펌프
- 특수펌프 : 애시드에그 펌프(황산, 질산 등을 수송하는 도자기 용제), 에어리프트 펌프(지하수를 끌어 올리는 데 사용), 제트펌프(유체를 분산시켜 압력차에 의해 제2의 유체를 수송하는 장치)
공동화현상(Cavitation)
: 원심펌프를 높은 능력으로 운전할 때 임펠러 흡입부의 압력이 낮아지는 현상
빠른 속도로 액체가 운동할 때 액체의 압력이 증기압 이하로 낮아져 액체 내에 증기 기포가 발생하는 현상
4) 기체 수송
압축기와 송풍기에 의해 수송된다.
3. 유체의 유동
1) 유체의 속도
u = Q/A(m/s)
Q : 유량, A: 유로의 단면적
2) O. Reynolds
- 층류(Laminar Flow) : 유체가 관벽에 직선으로 흐른다. 선류, 점성류, 평행류
- 난류(Turbulent Flow) : 유체가 불규칙적으로 흐른다.
- Reynolds Number = Nre = (D*u*밀도)/점도
- Plug Flow : 유속의 분포가 항상 일정한 흐름
- 임계속도 : Nre가 2100일 때의 유속
3) 최대속도 (Umax)
4) 전이길이 : 완전발달된 흐름이 될 때 까지의 길이
층류: Lt = 0.05 * 레이놀즈 수 * D
난류 : Lt = 40~50 * D
5) 유량 W(kg/s) = 질량유량
W = 밀도*유량
6) 유체의 성질
(1) 점도 : 뉴턴의 점성법칙
7) 유체의 종류
(1) 뉴턴유체 : 내부 마찰력이 속도구배(du/dy)에 비례하는 유체
(2) 유체의 종류
8) 플란틀(Prandtl) 경계층
- 고체판 상류에서 유체의 흐르는 속도는 전부 일정하다.
- 곡선 OL의 내부는 국부속도가 고체판의 영향으로 변화하는 부분을 나타낸 것.
- 선분 OL과 고체판 사이의 국부속도가 변하는 층을 플란틀의 경계층이라고 한다.
- 고체판 가까이에서는 "층류", 난류로 변하는 완충역 이후에는 "난류"로 흐른다.
- 유체가 평행한 고체판을 다 지나게 되면 속도구배는 점차 사라지고 처음 상태로 되돌아온다.
- 경계층의 분리(Boundary Layer Separation) -> 유체의 속도나 방향이 크게 변화하여 유체가 고체판(벽)을 따라서 흐를 수 없게 될 때 발생한다. 열전달을 촉진시키거나 액체를 혼합할 때는 바람직하다.
4. 유체역학
1) 연속식
2) U자관 마노미터
3) 유체의 에너지수지
(1) 전체 에너지수지식
(2) 기계적 에너지수지
4) 유체 수송동력
(1) 이론 소요동력
P = Ww
(2) 실제 소요동력
P = Ww/효율
5) 유체 수송에 있어서 두손실(Head Loss)
(1) 직관에서의 두손실
- 층류 : Hagen - Poiseuille 법칙
- 마찰계수 f = 16/Nre
(2) 관의 축소·확대에 의한 두손실
관의 확대에 의한 두손실
관의 축소에 의한 두손실
관부속품에 의한 두손실
6) 유량측정방법
(1) 오리피스미터
차압식 유량계
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=2302786&cid=60227&categoryId=60227
오리피스미터
원형 등의 구멍을 뚫은 얇은 판(오리피스판)을 직관 안에 넣어, 그 전후의 차압(差壓)을 측정함으로써 유량을 측정하는 장치로 노즐, 벤투리미터 등과 함께 소위 교축 유량계에 속하는 차압식 유
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(2) 벤투리미터
차압식 유량계
(3) 피토관
국부속도측정. 전압과 정압의 차를 측정하여 국부유속을 구한다.
(4) 로터미터(Rotameter)
면적유량계
(5) 습식 가스유량계 : 어떤 기간 내의 전유량을 측정한다.
(6) 둑(Weir) : 도랑에 흐르는 액체의 수위를 높이고 또한 유량을 측저할 목적으로 흐르는 유체 단면에 홈이 파인 벽을 설치한다.