소방유체역학›유체역학 기초

관내 유동과 손실

Pipe Flow & Losses

층류와 난류 — 레이놀즈 수

층류(포물선 속도분포) vs 난류(평탄 속도분포) — Re에 따른 유동 변화

1500
레이놀즈 수
Re = VDν
Re = 관성력/점성력 — V: 유속, D: 관경, ν: 동점성계수
🌊 층류 vs 난류 판별
①Re < 2,100 → 층류: 유체가 층을 이루어 흐름
②Re > 4,000 → 난류: 유체가 불규칙하게 혼합
③2,100~4,000 → 천이 구간 (불안정)
④소방배관은 대부분 난류 영역 (Re >> 4,000)
다르시-바이스바흐 — 관 마찰손실

배관 마찰손실: EGL과 HGL이 유동 방향으로 낮아짐

3 m
다르시-바이스바흐
hf = f LD V22g
마찰손실 = 마찰계수 × (길이/관경) × 속도수두
📐 마찰계수 f 결정
①층류: f = 64/Re (이론해 — 무디선도 불필요)
②난류: 무디선도(Moody chart)에서 Re와 상대조도(ε/D)로 결정
③관이 길수록, 관경이 작을수록, 속도가 빠를수록 손실 증가
④소방에서는 하젠-윌리엄스 공식을 더 많이 사용
하젠-윌리엄스와 부차적 손실
하젠-윌리엄스
hf = 6.05 × 105 × L × Q1.85C1.85 × D4.87
소방 표준 — C: 조도계수(배관 120, 스프링클러 헤드 100)

📋 부차적 손실

📋부차적(국부) 손실 — 밸브·엘보·티 등
엘보(90°)
유동 방향 전환으로 와류 발생
K ≈ 0.9
티(분기)
분기점에서 유동 분리
K ≈ 1.3~1.8
게이트밸브(전개)
완전 개방 시 손실 최소
K ≈ 0.2
체크밸브
역류 방지 — 손실 큰 편
K ≈ 2.5
급확대
단면적비에 따라 결정
K = (1-A₁/A₂)²
💡 등가길이법
①부차적 손실을 직관 길이로 환산 — 배관 설계 간소화
②등가길이 = K × D / f (마찰계수 기준)
③소방에서는 NFSC별 등가길이 표 제공
④실무: 직관 마찰손실 + 부차적 손실 = 전체 배관손실
총정리
레이놀즈 수
Re = VDν
Re < 2,100 층류 / Re > 4,000 난류
다르시-바이스바흐
hf = f LD V22g
관 마찰손실 기본 공식 — f: 무디선도
하젠-윌리엄스
hf = 6.05 × 105 × L × Q1.85C1.85 × D4.87
소방 표준 — C값: 배관재질별 조도계수
🎯 시험 포인트
①Re = VD/ν — 2,100 기준 층류/난류 판별
②다르시-바이스바흐: 층류 f=64/Re, 난류 무디선도
③하젠-윌리엄스: 소방 배관 마찰손실 표준 공식
④부차적 손실: 밸브·엘보 등의 K값 또는 등가길이
⑤전체 손실 = 직관 마찰(주손실) + 부차적 손실(부손실)