소방유체역학›유체역학 기초

유체의 기본 성질

Fluid Properties

유체란 무엇인가

물 4°C 기준 밀도·비중량·비중 비교

💧 유체의 정의
유체는 전단응력(τ)이 가해지면 '계속' 변형하는 물질이다. 고체는 변형 후 멈추지만, 유체는 아무리 작은 힘이라도 멈추지 않고 흘러간다. 소방에서 다루는 물·포소화약제·가스 모두 유체다.
📐 밀도·비중량·비중
①밀도(ρ): 단위 부피당 질량 → ρ_물 = 1000 kg/m³
②비중량(γ): 단위 부피당 무게 → γ = ρg = 9810 N/m³
③비중(s): 물 대비 밀도 비 → s = ρ/ρ_물 (무차원)
④세 가지는 ρ만 알면 전부 구할 수 있다
점성 — 유체의 끈적함

평행판 사이 유체 층의 속도 분포와 전단응력

1.5 Pa·s
🍯 점성을 느껴보자
꿀(μ 큼)과 물(μ 작음)을 생각하자. 위판을 밀면 유체가 층별로 끌려간다. μ가 클수록 같은 속도를 내려면 더 큰 힘(τ)이 필요하다. 슬라이더로 μ를 올려보면 τ가 커지는 걸 확인하라.
뉴턴의 점성법칙

전단응력 τ와 속도구배 du/dy 관계

1.5 Pa·s
뉴턴의 점성법칙
τ = μ dudy [Pa]
전단응력 = 점성계수 × 속도구배
동점성계수
ν = μρ [m²/s]
동점성계수 = 점성계수 / 밀도 — 레이놀즈 수 계산에 사용
🎯 핵심 패턴
①τ(전단응력)는 μ(점성)와 du/dy(속도구배)의 곱이다
②이 관계가 직선이면 뉴턴 유체(물, 공기), 곡선이면 비뉴턴 유체
③소방 배관의 물은 뉴턴 유체 → 이 공식이 그대로 적용된다
비중량과 단위 체계
비중량
γ = ρg [N/m³]
물: γ = 1000 × 9.81 = 9810 N/m³
비중
s = ρρwater
무차원 — 물이 기준(s=1), 수은 s=13.6
⚖️ 단위 변환 핵심
①1 atm = 101,325 Pa = 760 mmHg = 10.33 mH₂O
②1 kgf = 9.81 N — SI 단위 환산 필수
③밀도 ρ만 기억하면 γ = ρg, s = ρ/1000 자동 계산
④소방 실무: 수두(mH₂O) ↔ 압력(MPa) 변환이 핵심
총정리
뉴턴의 점성법칙
τ = μ dudy
전단응력 = 점성계수 × 속도구배
비중량 관계
γ = ρg
비중량 = 밀도 × 중력가속도
동점성계수
ν = μρ
Re 계산에 직접 사용되는 값
🎯 시험 포인트
①ρ, γ, s 세 가지 관계를 정확히 쓸 수 있어야 한다
②μ(절대점성)와 ν(동점성)의 차이: ν = μ/ρ
③뉴턴 유체: τ ∝ du/dy (직선 관계)
④1 atm = 101.325 kPa = 10.33 mH₂O 환산
⑤소방시험 빈출: 비중량 γ = 9810 N/m³ (물 기준)