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▶ 유체역학을 다루는 포스팅
4. 수격 작용 (Water Hammer)
4.1) 수격 작용의 정의
수격 작용은 유체 흐름이 급격하게 변할 때 파이프 라인이나 유체 시스템 내에서 발생하는 압력 파동 현상입니다.
4.1.1) 원인 및 발생 조건
- 수격 작용은 밸브의 급격한 개폐, 펌프의 갑작스러운 시작 또는 중단과 같은 상황에서 발생합니다.
- 유체의 불연속적인 운동 변화가 압력 파동을 일으킵니다.
4.1.2) 수격 작용의 계산
수격 작용으로 인한 최대 압력 변화는 다음 공식으로 추정할 수 있습니다.
\( \Delta P = \rho a \Delta v \)
- \( \Delta P \): 압력 변화
- ρ: 유체 밀도
- a: 음속
- Δv: 유체 속도 변화
예제 문제 및 풀이
예제 1
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.
예제 2
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.
다른 기계 가공법 링크
유체역학 (39) – 상사법칙(Similarity Laws)
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유체역학 (45) – 경계층의 박리 (Boundary layer separation)
유체역학 (46) – 스토크스 법칙 (Stoke’s Law)
유체역학 (48) – 음속과 마하수 (Speed of Sound and Mach Number)
유체역학 (49) – 축소, 확대 노즐에서의 흐름 (Flow in Converging and Diverging Nozzles)