유체역학 (50) - 수격 작용 (Water Hammer)

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수격 작용은 유체 흐름이 급격하게 변할 때 파이프 라인이나 유체 시스템 내에서 발생하는 압력 파동 현상입니다.

수격 작용으로 인한 최대 압력 변화는 다음 공식으로 추정할 수 있습니다.

\( \Delta P = \rho a \Delta v \)

문제: 물의 밀도가 1000 kg/m³이고, 음속이 1482 m/s일 때, 밸브가 2초 내에 완전히 닫히면서 유체의 속도가 3 m/s에서 0 m/s로 변할 때 발생하는 최대 압력 변화를 계산하시오.

풀이:

\( \Delta P = 1000 \times 1482 \times 3 \)

\( \Delta P = 4446000 \, \text{Pa} \, (또는 \, 4446 \, \text{kPa}) \)

따라서 수격 작용으로 인한 최대 압력 변화는 약 4446 kPa입니다.

문제: 같은 조건에서 밸브가 5초 내에 닫힌다면 압력 변화는 어떻게 될까요?

풀이: 유체의 속도 변화가 더 천천히 일어나므로, 수격 작용으로 인한 압력 변화는 줄어듭니다.

\( \Delta P = 1000 \times 1482 \times (3 / 5) \)

\( \Delta P = 2667600 \, \text{Pa} \, (또는 \, 2667.6 \, \text{kPa}) \)

따라서 수격 작용으로 인한 최대 압력 변화는 약 2667.6 kPa입니다.

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