Pipe Flow Calculator

레이놀즈 수(Re = ρvD/μ)는 유체 내 관성력 대 점성력의 무차원 비율입니다. Re < 2300이면 층류(유선형 흐름), Re > 4000이면 난류(혼합 흐름)로 예측합니다. 난류는 층류보다 마찰 계수와 압력 강하가 훨씬 크고, 냉각 시스템에서 열전달률에도 영향을 미치기 때문에 이 구분이 중요합니다.

다르시-바이스바흐 방정식은 ΔP = f × (L/D) × (ρv²/2)로 압력 강하를 계산합니다. 이 계산기는 단위 길이당 압력 강하(Pa/m)를 반환하므로, 실제 배관 길이(m)를 곱하면 총 압력 강하를 구할 수 있습니다.

Swamee-Jain 명시적 근사식 f = 0.25 / [log₁₀(ε/(3.7D) + 5.74/Re^0.9)]²를 사용합니다. 암묵적인 Colebrook-White 방정식을 반복 계산할 필요 없이 넓은 범위의 레이놀즈 수와 배관 조도에서 정확한 값을 제공합니다. 배관 조도 ε는 상업용 강관의 일반값인 0.000045 m로 설정되어 있습니다.

용도에 따라 다릅니다. 가정용 급수 배관은 압력 강하와 소음을 줄이기 위해 0.5~2.0 m/s가 적합합니다. 냉각수 시스템은 보통 1.0~3.0 m/s입니다. 강관에서 3~4 m/s를 초과하면 특히 입자가 섞인 유체에서 마모가 발생할 수 있습니다.

오일의 동점도(μ ≈ 0.03 Pa·s)는 물(μ ≈ 0.001 Pa·s)보다 훨씬 높습니다. 점도가 높으면 유동 저항이 증가하고, 같은 유속에서 레이놀즈 수가 낮아져 층류 조건에 가까워집니다. 층류에서는 마찰 계수가 Re에 반비례(f = 64/Re)하므로 같은 유량에서 압력 강하가 물보다 크게 높아집니다.

목표 유량을 고정하고 배관 구경을 바꿔가며 계산해보세요. 유속이 허용 범위(물의 경우 보통 2~3 m/s 이하) 내에 들어오고 압력 강하가 펌프 양정 이내인 가장 작은 구경을 선택하면 됩니다. 구경이 크면 유속과 압력 강하가 줄지만 재료비와 설치비가 증가합니다.

이 도구는 직선 배관의 압력 강하만 계산합니다. 엘보, T자, 밸브, 레듀서 등의 피팅은 등가 배관 길이 또는 손실 계수(K값)로 추가 압력 강하를 유발합니다. 전체 시스템 분석 시에는 피팅 손실을 별도로 더해야 하며, 단순한 시스템에서는 직선 배관 손실의 10~30% 정도를 추가로 예상합니다.

전이류(Re 2300~4000)는 층류와 난류 사이에서 예측 불가능하게 교대로 전환되는 불안정한 유동 영역입니다. 유동 소음, 진동, 불규칙적인 압력 변동을 일으킬 수 있습니다. 실제 설계에서는 Re < 2000의 명확한 층류 또는 Re > 5000의 완전 발달 난류 중 하나를 택해 안정적이고 예측 가능한 성능을 확보하는 것이 좋습니다.