수정 베르누이 방정식과 부손실, Minor loss

유체 배관 시스템에서 부손실, Minor loss은 관의 입구나, 관과 관 사이의 이음새, 밸브 등에 의해서 발생하는 마찰과 손실을 일컫는 말입니다.

특히 배관에서의 부손실은 이음새를 통해서 흐를 때 발생하는 손실을 주로 다룹니다. 배관 사이의 결합부인 이음새를 유체가 흐를 때, 유체는 유동 박리를 일으키게 되고 이에 따라 큰 유동 손실이 발생합니다.

 

이러한 유동 손실을 적용한 베르누이 방정식을 우리는 수정 베르누이 방정식이라고 부릅니다.

 

 

📌 부손실, Minor loss

 

수정 베르누이 방정식을 알기전에 우리는 부손실에 대해서 알아야 합니다. 부손실이란, 앞서 말했듯이 이음새에서 일어나는 유동 박리가 일으키는 유동 손실입니다.

 

그렇다면, 유동 박리란 무엇일까요?

유동 박리, Flow separate는 유체가 관을 따라 흐르다가 어떠한 요인에 의해서 경계층에서 거꾸로 유동이 흐르는 역 압력 구배가 일어나는 현상을 말합니다.

 

영문명인 Flow seperate를 직역해서 생각하면 유체 분리 즉, 유체가 정방향과 역방향으로 나뉜다고 생각하면 이해가 더욱 쉽습니다.

 

원래 정방향으로만 흘러야하는 유체에 역방향으로 흐르는 힘이 발생하면 그만큼의 손실이 발생하는 것이고, 우리는 그것을 부손실이라고 합니다.

 

 

📌 수정 베르누이 방정식, Modified Bernoulli Equation

 

부손실에 대해서 이해가 끝났다면, 이제 수정 베르누이 방정식을 알아볼 차례입니다.

 

수정 베르누이 방정식은 말 그대로, 원래 형태의 베르누이 방정식이 수정되었다는 뜻입니다. 아래 공식이 수정 베르누이 방정식으로, 원래의 식에 빨간 박스 부분이 추가되었음을 알 수 있습니다.

추가된 부분이 앞서 살펴보았던 부손실에 대한 항입니다. Κ는 이음새가 가지는 손실계수로, 어떤 이음새로 배관이 체결되어있느냐에 따라서 부손실 값은 바뀔 수 있습니다.

 

이음새마다 다른 손실 계수는 실험적으로 얻어져 있기 때문에 어떤 값을 손실 계수로 사용할지는 반드시 자료를 참고하여야 합니다.

 

이 외에도, 베르누이 방정식은 다양한 요인에 의해서 수정될 수 았습니다. 대표적으로 마찰항을 고려한 베르누이 방정식이 있습니다.

 

다음 포스트에서는 마찰항에 대해서 알아보고, 부손실과 마찰항을 모두 고려한 베르누이 방정식을 구해보도록 하겠습니다.

 

수력 반지름, 수력 지름, 유효 지름 차이

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