가스유체역학 - 유속, 유량

가스유체역학 - 유속, 유량

유체[fluid]: 인가된 전단 응력(shear stress) 또는 외부의 힘(external force)에 의해 계속 변형되는 물질

 

고체와 반대로 형태를 유지할 수 없는 물질이라 생각하면 쉽습니다. 형태가 계속 변형된다는 특징을 이용해 유체는 흐를 수 있게됩니다. 흐른다는 것은 움직이는 것이니 움직이는 속도가 있겠죠? 그게 바로 유속입니다.

 

유속[veolcity of flow]: 단위시간당 유체가 움직인 거리

단위: m/s

 

 

유체는 일반적으로 배관을 통해 이송됩니다. 우리가 사용하는 수돗물도 배수관을 통해 가정으로 들어옵니다. 그리고 우리가 사용하는 도시가스도 가스관을 통해 가정으로 들어옵니다. 배관은 단면적이 정해져 있습니다.

즉, 흘러갈 수 있는 양이 정해져있습니다. 물론, 압축성 유체라면 압축된만큼 양이 늘어날 수 있습니다. 

 

일반적으로 비압축성유체(= 물)의 경우에는 배관의 단면적에 따라 흐르는 양이 정해지는 데요, 이를 유량이라고 합니다.

 

유량[Quantity of flow]: 단위 시간에 흐르는 유체의 양

단위: $m^3/s$

 

위 사진처럼 어느 배관의 직경을 D라고 가정해봅시다. 그러면 단면적은 원의 넓이인 $\frac{\pi }{4}D^2$이 됩니다. 여기에 유속을 곱해주면 유량이 됩니다.

 

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유량 = 유속 × 단면적

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이 식은 주로 비압축성유체에 적용할 수 있습니다. 압축성 유체의 경우에도 이렇게 계산할 수 있지만, 압력에 따라 유량이 많이 달라질 수 있습니다. 자세한 사항은 추후 다른 포스팅에서 다뤄보겠습니다.

 

 

 

<예시문제>

 

7. 내경이 $2.5$×$10^{-3}$m인 원관에 0.3m/s 의 평균 속도로 유체가 흐를 때 유량은 약 몇 $m^3/s$ 인가?

 

D: $2.5$×$10^{-3}$m u: 0.3m/s

 

유량 = 유속 × 단면적

 

단면적 = $\frac{\pi }{4}D^2$ = $\frac{\pi }{4}(2.5\cdot 10^{-3}m)^2$ = 4.96×$10^{-6}m^2$

 

유량 = 4.96 × $10^{-6}m^2$ × 0.3m/s = 1.47 × $10^{-6}m^3/s$