홍라이프 계산기압력-유량 환산 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
이 계산기는 노즐이나 오리피스 출구의 압력과 지름으로 유량을 추정합니다. 유출 계수를 포함한 오리피스 식을 쓰며, 결과를 미국 갤런/분, 리터/분, m³/h로 보여 주고 분출 속도와 소방 현장 어림 규칙도 함께 비교합니다. 소방관, 관개 설계자, 배관공이 씁니다.
계산 방법
분출 속도 v = √(2 Δp ÷ ρ)
Q = C_d × (π/4) d² × v
소방 어림 규칙: GPM ≈ 29.7 × d² × √P (d는 인치, P는 psi)
- 물 밀도는 62.4lb/ft³ × 비중, 1psi = 6,894.757Pa, 1US gal = 231in³입니다.
원리
베르누이 원리에 따르면 액체가 출구를 빠져나갈 때 압력 에너지가 운동 에너지로 바뀝니다. 속도는 압력과 밀도에만 달려 있고, 유량은 그 속도에 분류의 단면적을 곱한 값입니다. 실제 분류는 이상값보다 조금 가늘고 느리므로 유출 계수로 보정합니다. 매끈한 노즐은 1에 가깝고 날카로운 구멍은 훨씬 낮습니다. 물이라면 상수를 모아 약 29.8 × C_d × d² × √P가 됩니다.
예제 풀이
기본값인 50psi, 1인치 노즐, C_d = 0.995, 비중 1로 계산합니다.
- v = √(2 × 50 × 6,894.757 ÷ 999.6) = 86.2ft/s입니다.
- C_d = 1인 이론 유량 = 210.9gal/min입니다.
- C_d = 0.995를 적용하면 209.9gal/min = 794L/min = 47.67m³/h입니다.
- 소방 규칙: 29.7 × 1² × √50 = 210gal/min입니다.
| 노즐 또는 오리피스 지름 (인치) | 유량 (US gal/min) |
|---|---|
| 0.25 | 13.1 |
| 0.5 | 52.5 |
| 0.75 | 118.1 |
| 1 | 209.9 |
| 1.25 | 327.9 |
| 1.5 | 472.2 |
| 2 | 839.5 |
결과 해석
유량은 지름의 제곱에 비례하지만 압력에는 제곱근으로만 비례하므로, 노즐을 조금 키우는 것이 압력을 높이는 것보다 유량을 훨씬 많이 늘립니다. 출구의 압력을 넣어야 하며, 긴 호스나 배관의 손실 때문에 출구 압력은 펌프 압력보다 크게 낮을 수 있습니다.
흔한 실수
- 노즐 압력 대신 펌프 압력을 넣는 경우
- 날카로운 오리피스에 C_d = 1을 쓰는 경우(실제로는 훨씬 낮습니다)
- 인치와 mm를 섞는 경우
자주 묻는 질문
압력을 두 배로 해도 유량이 두 배가 안 되는 이유는 무엇입니까?
유량이 압력의 제곱근에 비례하므로, 압력을 두 배로 하면 유량은 약 41% 늘어납니다.
유출 계수는 무엇입니까?
분류 수축과 마찰을 반영한 실제 유량과 이상 유량의 비입니다.
29.7은 어디서 나왔습니까?
물에 대한 오리피스 식의 상수와 매끈한 노즐의 일반적인 C_d를 합친 값입니다.
호스 마찰도 포함됩니까?
아닙니다. 출구의 압력을 넣으십시오.
물이 아닌 액체도 됩니까?
비중을 넣으면 됩니다. 비중이 크면 같은 압력에서 유속과 유량이 줄어듭니다.
출처: Utah Valley University Fire & Rescue Academy, "Friction Loss and Nozzle Flow Reference" · Orifice equation from Bernoulli's principle (standard fluid mechanics)