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소방설비기사 소방유체역학 · 유량측정

Flow Measurement

유량 측정은 피토관 · 오리피스 · 벤투리미터 · 위어처럼 압력 차나 수위 차로 유속과 유량을 읽는 일이다. 속도 계수 Cv, 수축 계수 Cc, 유량 계수 Cd 의 차이를 알면 실제 유량이 이론 유량보다 작은 까닭을 설명할 수 있다. 위어는 뚜껑 없는 수로에, 오리피스 · 벤투리는 닫힌 배관에 쓴다는 구분도 함께 나와요. 세 그림에서는 수위차 Δh 슬라이더로 피토관의 두 수위와 유속이, 유량계 종류 슬라이더로 오리피스와 벤투리 모양 · Cd 가, 월류 높이 H 슬라이더로 위어를 넘는 물과 유량이 바뀌어요.

피토관: 유속을 재는 관

10 cm
피토관 유속
V = Cv √(2gΔh)
유속 = 속도 계수 × √(2g × 수위 차): Cv ≈ 0.98 ~ 1.0. Δh · H 는 m 로 바꿔 넣는다(화면은 cm)
🌊 피토관의 원리
①전압공(흐름 정면): 흐름이 멈추며 생기는 동압까지 더한 전압을 잰다
②정압공(관 벽에 수직): 정압만 잰다
③두 수위 차 Δh = V²/2g 이므로 V = √(2gΔh)
④비행기 속도계도 같은 원리를 써요

오리피스와 벤투리미터

0 오리피스
유량 측정 공식
Q = Cd A √(2gΔh)
유량 = 유량 계수 × 단면적 × √(2g × 차압 수두). Δh · H 는 m 로 바꿔 넣는다(화면은 cm)
📊 세 가지 계수
①속도 계수 Cv = 실제 속도 / 이론 속도(≈ 0.97)
②수축 계수 Cc = 축류 면적 / 구멍 면적(오리피스 ≈ 0.64)
③유량 계수 Cd = Cv × Cc(오리피스 ≈ 0.62, 벤투리 ≈ 0.98)
④벤투리는 비싸지만 정확하고, 오리피스는 싸지만 손실이 커요

위어: 뚜껑 없는 수로의 유량 측정

5 cm
사각 위어
Q = 1.84 B H3/2
프랜시스 공식: B: 위어 폭[m], H: 월류 높이[m]. Δh · H 는 m 로 바꿔 넣는다(화면은 cm)
삼각 위어(90°)
Q = 1.4 H5/2
90° 삼각 위어: 적은 유량을 재기에 알맞음. Δh · H 는 m 로 바꿔 넣는다(화면은 cm)
📐 위어의 특징
①사각 위어는 Q ∝ H^1.5 로 많은 유량을 잰다
②삼각 위어는 Q ∝ H^2.5 로 적은 유량을 정밀하게 잰다
③시험에서는 공식과 지수(3/2, 5/2)를 가르는 문제가 많다
④위어는 뚜껑 없는 수로(옥외)에, 배관에는 오리피스 · 벤투리를 써요

총정리

피토관
V = Cv √(2gΔh)
한 점의 유속을 잼: Cv ≈ 1.0
오리피스 · 벤투리
Q = Cd A √(2gΔh)
유량을 잼: Cd 는 오리피스 0.62, 벤투리 0.98
위어
Q = C × B × Hn
사각 n = 3/2, 삼각(90°) n = 5/2
🎯 시험에서 볼 자리 다섯
①Cd = Cv × Cc: 세 계수의 관계
②피토관은 속도를, 오리피스 · 벤투리는 유량을 잰다
③벤투리(Cd ≈ 0.98)와 오리피스(Cd ≈ 0.62)의 차이는 손실에서 온다
④사각 위어 H^3/2, 삼각 위어 H^5/2 의 지수
⑤모든 식의 바탕은 베르누이: 속도가 커지면 압력이 줄어요
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