배관의 주손실, 부손실0

주손실, 부손실, 배관

배관 시스템에서의 주손실과 부손실

배관 시스템에서 유체가 흐를 때 발생하는 손실은 두 가지 주요 카테고리로 나뉩니다: 주손실 (major loss)과 부손실 (minor loss). 이 손실들은 유체가 이동할 때 발생하는 에너지 손실을 설명하며, 이는 주로 마찰과 관의 형상 변화로 인해 발생합니다.

1. 주손실 (Major Loss)

주손실은 유체가 긴 직선 관을 따라 흐를 때 발생하는 마찰 손실을 의미합니다. 이 손실은 배관의 길이와 직경, 유체의 속도, 점성 등에 의해 영향을 받습니다.

다르시-바이스바흐 방정식

주손실은 주로 다르시-바이스바흐 방정식을 사용하여 계산됩니다. 이 방정식은 다음과 같습니다:

$H_f = f \frac{L}{D} \frac{V^2}{2g}$

여기서:

H_f: 마찰 손실 헤드 (m)
f: 다르시 마찰 계수 (무차원)
L: 관의 길이 (m)
D: 관의 직경 (m)
V: 유체의 속도 (m/s)
g: 중력 가속도 (9.81 m/s²)

이 방정식은 배관의 길이(L)가 길어질수록, 또는 유체의 속도(V)가 빨라질수록 손실이 커진다는 것을 보여줍니다. 또한, 관의 직경(D)이 클수록 손실은 감소합니다.

주손실에 영향을 미치는 요인

배관의 길이: 길이가 길수록 유체와 배관 벽 사이의 마찰이 증가하여 손실이 커집니다.
관의 직경: 직경이 클수록 마찰에 의한 저항이 줄어들어 손실이 감소합니다.
유체의 속도: 속도가 증가하면 마찰로 인한 손실이 커집니다.
마찰 계수(f): 마찰 계수는 유체가 흐르는 배관의 표면 거칠기 및 유체의 레이놀즈 수에 의해 결정됩니다.

2. 부손실 (Minor Loss)

부손실은 배관의 형상 변화 또는 부속 장치에서 발생하는 손실입니다. 부손실은 배관의 곡선, 밸브, 확장 또는 축소 구간, 티(T)자형 분기 등에서 발생하는데, 이러한 요소들이 유체의 흐름을 방해하여 추가적인 에너지 손실을 유발합니다.

부손실은 일반적으로 각 형상 변화에 대해 정의된 손실 계수(K)를 사용하여 계산됩니다. 부손실은 다음과 같은 식을 통해 계산됩니다:

$H_{minor} = K \frac{V^2}{2g}$

여기서:

H_minor: 부손실 헤드 (m)
K: 손실 계수 (무차원)
V: 유체의 속도 (m/s)
g: 중력 가속도 (9.81 m/s²)

부손실에 영향을 미치는 요인

곡선 관: 유체가 곡선 모양의 관을 통과할 때 방향이 변하면서 손실이 발생합니다.
밸브 및 피팅: 밸브나 피팅 장치는 유체 흐름에 저항을 가하여 에너지 손실을 증가시킵니다.
관의 축소 및 확장: 유체가 갑작스럽게 직경이 작아지거나 커지는 구간을 통과할 때 속도 변화로 인해 손실이 발생합니다.

부손실 계산을 위한 손실 계수 (K)

직각 밴드(90도): K = 0.9~1.5
관의 확장 또는 축소: K = 0.3~1.0
밸브(열림 정도에 따라): K = 0.5~10 (완전히 열림 상태일 때는 더 낮고, 부분적으로 닫히면 높아집니다)

3. 주손실과 부손실의 차이점

구분	주손실 (Major Loss)	부손실 (Minor Loss)
원인	직선 배관에서 발생하는 마찰로 인한 손실	관의 곡선, 밸브, 확장/축소 등 형상 변화로 인한 손실
영향 요인	배관의 길이, 직경, 유체의 속도 및 점성	밸브, 곡선, 피팅, 축소 및 확장 구간 등의 장치
계산 공식	$H_f = f \frac{L}{D} \frac{V^2}{2g}$	$H_{minor} = K \frac{V^2}{2g}$
손실 정도	배관 길이가 길어질수록 손실이 증가함	곡선, 밸브, 티(T)자 분기 등에서 추가적으로 발생

4. 주손실과 부손실의 총합

배관 시스템에서의 전체 손실은 주손실과 부손실을 모두 합한 값입니다. 이를 종합적으로 계산하면, 유체를 특정 지점까지 이동시키는 데 필요한 에너지를 계산할 수 있습니다. 총 손실은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다:

$H_{total} = H_f + H_{minor}$

따라서 배관 시스템을 설계하거나 에너지를 계산할 때는 주손실과 부손실을 모두 고려해야 합니다.

결론

주손실은 직선 배관에서 발생하는 마찰에 의해 발생하며, 다르시-바이스바흐 방정식을 사용하여 계산합니다.
부손실은 배관 내 형상 변화, 밸브, 피팅 등에서 발생하는 추가적인 손실을 의미하며, 손실 계수 $K$ 를 사용해 계산합니다.
배관 시스템에서의 총 손실을 계산하려면, 주손실과 부손실을 모두 합산해야 합니다.