유체 덕트 압력 강하 (Duct Pressure Drop) 계산

HVAC 시스템을 설계시 유체 덕트 압력 강하 (Duct Pressure Drop) 계산을 수행한다.

압력 강하는 유체가 흐르는 파이프의 길이에 따른 압력 변화이다.

파이프내 유체의 속도와 점도에 따라 유체 흐름에 대한 저항은 달라지며, 이 때 압력 강하는 파이프 내의 마찰 전단력에 직접 비례한다.

 

압력 강하는 다음 공식을 사용하여 계산한다.

 

(식 1) Pd = f * (L/D) * (1/2) * ρ * V ² (Darcy-Weisbach 방정식)

Pd : 압력 강하 (N/m²), 1  N = 1 kg-m/s²

f : Darcy Friction Factor (무차원), Darcy 마찰 계수 (f)는 Reynolds 수와 파이프 벽의 거칠기에 따라 달라진다.

L : 파이프 길이 (m)

D : 파이프 직경 (m)

ρ : 유체의 밀도 (kg/m³)

V : 유체의 속도 (m/s)

 

위의 식은 층류와 난류 모두 적용가능하다.  (laminar flow에서 f = 64/Re 이다.)  

 

마찰 계수, f :

파이프 길이, L (m) :

파이프 직경, D (m) :

유체의 밀도, ρ (kg/m3) :

유체의 속도, V (m/s) :

     

압력 강하, Pd (N/m2) :

 

예를 들어 마찰 계수 (f)가 0.03인 튜브에 유체 (밀도 1.2 kg/m³) 가 흐르고 있을 때, 튜브의 길이 (L)는 10 m, 내경 (D)은 0.05 m, 유체 속도 (V)는 4 m/s 이다. 이 때의 압력강하는?

Pd = f * (L/D) * (1/2) * ρ * V ² = 0.03 x (10/0.05) x 0.5 x 1.2 x 4 ² = 57.6 N/m² 이다.