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그림의 관로는 지름이 한 번 좁아졌다가 다시 넓어지고, 좁아진 목과 넓… | [소방설비기사(기계) 필기] 23년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[소방설비기사(기계) 필기] 23년 1회차

그림의 관로는 지름이 한 번 좁아졌다가 다시 넓어지고, 좁아진 목과 넓은 쪽 사이를 수은 마노미터로 이어 두었다. 마노미터가 그림처럼 벌어져 있을 때 목을 지나는 물의 평균 속도는 몇 m/s인가? (수은 비중 13.6, 물 비중 1, 손실은 없다고 보며 g=9.8 m/s2g=9.8\,\text{m/s}^2)
ø300mmø150mm500mm수은

1

2.87m/s

2

3.13m/s

3

11.11m/s

4

11.48m/s

해설

수은주가 벌어진 만큼 두 단면 사이에는 ΔP=(γm−γw)R=(13.6−1)×9.8×0.5=61.74\Delta P=(\gamma_m-\gamma_w)R=(13.6-1)\times 9.8\times 0.5=61.74 kPa 의 차이가 생긴다.
굵기가 다른 두 자리를 잇는 연속식에서 넓은 쪽 속도는 V1=(D2D1)2V2=0.25V2V_1=\left(\dfrac{D_2}{D_1}\right)^2V_2=0.25V_2 이므로,
이를 V22−V12=2ΔPρV_2^{2}-V_1^{2}=\dfrac{2\Delta P}{\rho} 에 넣으면
V22 (1−0.0625)=123.48V_2^{2}\,(1-0.0625)=123.48 이 되어 V2=131.71=11.48V_2=\sqrt{131.71}=11.48 m/s 를 얻는다.

지름비의 네제곱을 덜어내는 보정을 잊으면 123.48=11.11\sqrt{123.48}=11.11 m/s, 비중 차를 빼놓고 2gR\sqrt{2gR} 만 세면 3.13 m/s 로 어긋난다. 넓은 쪽은 그 4분의 1 인 2.87 m/s 이며, 목 넓이 π4×0.152=0.01767 m2\dfrac{\pi}{4}\times 0.15^{2}=0.01767\,\text{m}^2 를 곱하면 흐르는 양은 약 0.203 m³/s 가 된다.

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