공유압의 기본 개요_3탄 층류와 난류 / 레이놀즈수 / 오리피스 / 초크 / 교축

 

층류와 난류의 특징에 대해서 알아보자.

층류(Laminar)와 난류(Turbulento)

 

 

• 층류란 유체가 층을 이루어 흐를 때 규칙적인 흐름으로서, 이 층은 서로 섞이지 않고 일정하게 흐르는 형태이다.
• 층류의 특징으로는 난류에 비하여 레이놀즈수가 작다. 
• 층류는 통상적으로 레이놀즈수가 2,000이하일 때 층류라고 한다. 개수로에서는 500이하일 때 층류라고 한다.
• 층류는 유속이 비교적 낮을 때 발생한다.

 

 

• 층류는 동적도가 클 때, 즉 분자적 점성이 상당히 클 때 발생한다.
• 좁은 관로나 좁은 틈새를 통과할 때 발생한다.

 

 

층류와 난류

 

 

• 난류란 유체가 층을 이루어 흐를 때 불규칙한 흐름으로서, 공간적으로 불규칙하게 흐르는 형태이다.
• 난류는 레이놀즈수가 증가할 때 유선이 불규칙적으로 변하고 같은 층에 흐르는 유체가 섞이는 상태이다.
• 난류의 특징으로는 층류에 비하여 레이놀즈수가 크다. 
• 난류는 통상적으로 레이놀즈수가 4,000 이상 때 난류라고 한다.

• 층류는 유속이 비교적 높을 때 발생한다.
• 층류는 동적도가 작을 때, 즉 분자적 점성이 작을 때 발생한다.
• 넓은 관로나 넓은 틈새를 통과할 때 발생한다.

 

 

* 레이놀즈수가 2,900~4,000 사이인 경우를 천이 영역이라고 부른다.

 

* 점성이란 유체가 흐를 때 받는 저항의 정도이다. 즉 액체의 끈적한 성질이다.

 

* 유체에서 유속이란 유체가 흐르는 속도를 표현한다.

 

 

층류와 난류를 배웠다면, 다음으로 레이놀즈수를 배워야 한다.

 

레이놀즈수

 

 

• 레이놀즈수(Reynolds number)란 관로 안에 흐르는 유체가 층류인지 난류인지 측정할 때 사용하는 수치이다.
• 레이놀즈수를 공식으로 표현하자면 아래와 같이 표현할 수 있다.

레이놀즈수

• 층류와 난류의 경계 레이놀즈수는 Re = 2320 정도이다.
• Re : 레이놀즈 수이다. V : 속도(m/s)이다. D : 관의 지름(m)이다. v : 동점성계수(m^2/s)이다.
• Re가 2,000 이하 일 때 관 내 유체의 흐름을 층류라고 한다. 
• Re가 4,000 이상 일 때 관 내 유체의 흐름을 난류라고 한다.
• 레이놀즈수는 무차원 수 중 하나이다.
• 아일랜드 물리학자인 오즈번 레이놀즈의 이름을 따 만든 공식이다.

 

 

* 무차원 수란 측정 단위에 독립적인 값을 갖는 수이다.

 

 

관로의 면적을 표현하는 오리피스와 초크

 

오리피스

 

 

• 오리피스란 유체를 분출 시키는 구멍이다.
• 오리피스란 관로 면적을 줄인 통로에서 길이가 단면 치수에 비해 상대적으로 짧은 경우이다.
• 유체가 오리피스를 통과하면서 그 압력차가 유량에 의하여 변화하는 것을 이용하는 교축 기구이다.
• 오리피스를 통하는 유체의 점도의 영향을 받지 않는다.
• 초크란 관로 면적을 줄인 기구가 단면 치수에 비해 비교적 긴 경우의 교축 기구이다.
• 초크를 통해 흐르는 유체의 압력강하는 유체의 점도에 따라 크게 영향을 받는다.

 

* 교축이란 유체가 흐르는 관로에 단면적을 좁히면, 이미 존재하는 압력차에 유속이 증가되고, 유체 내 분자 간 거리가 멀어져 압력이 낮아진다. 이 현상을 교축이라고 말한다.

 

* 관로 내 단면적을 바꾸어 교축 현상으로 압력을 떨어뜨리거나 유량을 조절할 때 사용하는 밸브를 교축 밸브라고 한다.

 

* 압력강하란 압력이 떨어지는 현상을 말한다.

 

 

 

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