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1[7급 국가직 수리수문학] 21년 1회차
한 변의 길이가 2 m인 정사각형 관로에 물이 가득 차서 흐르고 있다. 1 km 떨어진 지점까지 40 m3/s의 물을 송수하고자 할 때 발생하는 손실수두[m]는? (단, 마찰손실계수 f = 0.02, 중력가속도는 g = 10 m/s2이고, 부차적 손실은 무시한다)
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해설

비원형 관로는 동수반경으로 등가 관경을 잡아 Darcy-Weisbach 식을 쓰며, 손실수두는 50 m이다.

유속: V=QA=402×2=10 m/s\mathrm{V} = \dfrac{\mathrm{Q}}{\mathrm{A}} = \dfrac{40}{2 \times 2} = 10\,\mathrm{m/s}
등가 관경: Rh=48=0.5 m,  D=4Rh=2 m\mathrm{R_h} = \dfrac{4}{8} = 0.5\,\mathrm{m},\; \mathrm{D} = 4\mathrm{R_h} = 2\,\mathrm{m}

손실수두: hL=fL4RhV22g=0.02×1,0002×10220=50 m\mathrm{h_L} = \mathrm{f}\dfrac{\mathrm{L}}{4\mathrm{R_h}}\dfrac{\mathrm{V}^2}{2\mathrm{g}} = 0.02 \times \dfrac{1{,}000}{2} \times \dfrac{10^2}{20} = 50\,\mathrm{m}

동수반경 0.5 m를 관경 자리에 그대로 넣으면 4배 큰 값이 되므로 반드시 동수반경의 4배를 쓴다.

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