15-1관 속을 흐르는 유체의 흐름이 난류가 되는 조건을 관의 지름, … | 2015년 식품안전기사실기(필답형) 1회차 기출문제 상세 페이지

① 관의 지름이 클수록

② 유속이 빠를수록

③ 점도가 낮을수록

④ 밀도가 클수록 난류가 되기 쉽다.

[해설]

흐름의 종류는 관성력과 점성력의 비인 레이놀즈 수로 판정한다.

$Re = \dfrac{D\,v\,\rho}{\mu}$   ($D$ : 관의 지름, $v$ : 유속, $\rho$ : 밀도, $\mu$ : 점도)

분자에 놓인 값이 커지거나 분모에 놓인 값이 작아지면 레이놀즈 수가 커지고, 유체 덩어리가 층을 유지하지 못해 소용돌이가 생긴다.

① 관의 지름(D, 분자) — 굵을수록 관 벽의 마찰이 흐름 전체를 붙잡아 두지 못해 난류가 되기 쉽다.

② 유속(v, 분자) — 빠를수록 관성력이 커져 난류로 넘어간다.

③ 점도(μ, 분모) — 낮을수록 층을 흐트러뜨리지 않으려는 점성력이 약해 난류가 된다. 같은 관에서도 물은 난류, 꿀처럼 점도가 큰 액체는 층류가 되기 쉬운 이유다.

④ 밀도(ρ, 분자) — 클수록 관성력이 커져 난류가 된다.

원관에서는 레이놀즈 수가 대략 2,100 이하이면 층류, 4,000 이상이면 난류로 보고 그 사이를 전이영역이라 한다. 난류에서는 열·물질 전달이 활발해 열교환이나 혼합에는 유리하지만, 마찰손실이 커져 펌프 동력이 더 든다.