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A저수지에서 200m 떨어진 B저수지로 지름 20cm, 마찰손실계수 0.035인 원형관으로 상세 페이지

1[토목기사 필기] 18년 1회차
A저수지에서 200m 떨어진 B저수지로 지름 20cm, 마찰손실계수 0.035인 원형관으로 0.0628m3/s의 물을 송수하려고 한다. A저수지와 B저수지 사이의 수위차는? (단, 마찰손실, 단면급확대 및 급축소 손실을 고려한다.)
1
5.75m
2
6.94m
3
7.14m
4
7.45m
해설

원형관의 마찰손실을 구하기 위해 Darcy-Weisbach 식을 적용한다. 먼저 유속을 구하면 v=QA=0.0628π(0.1)2=0.06280.0314=2 m/sv = \frac{Q}{A} = \frac{0.0628}{\pi(0.1)^2} = \frac{0.0628}{0.0314} = 2 \text{ m/s}이다. 마찰손실수두는 hf=fLDv22g=0.035×2000.2×42×9.8=0.035×1000×419.6=0.035×1000×0.204=7.14 mh_f = f \frac{L}{D} \frac{v^2}{2g} = 0.035 \times \frac{200}{0.2} \times \frac{4}{2 \times 9.8} = 0.035 \times 1000 \times \frac{4}{19.6} = 0.035 \times 1000 \times 0.204 = 7.14 \text{ m}이다. 문제에서 "마찰손실, 단면급확대 및 급축소 손실을 고려한다"고 명시했으므로, 저수지 입구의 급축소 손실과 출구의 급확대 손실을 추가로 계산해야 한다.
급축소 손실계수는 약 0.5, 급확대 손실계수는 약 1.0으로 일반적으로 적용되며, 이들의 수두손실은 h축소=0.5×v22g=0.5×0.204=0.102 mh_{축소} = 0.5 \times \frac{v^2}{2g} = 0.5 \times 0.204 = 0.102 \text{ m}, h확대=1.0×v22g=1.0×0.204=0.204 mh_{확대} = 1.0 \times \frac{v^2}{2g} = 1.0 \times 0.204 = 0.204 \text{ m}이다. 전체 손실수두는 htotal=7.14+0.102+0.204=7.4467.45 mh_{total} = 7.14 + 0.102 + 0.204 = 7.446 \approx 7.45 \text{ m}이므로, A저수지와 B저수지 사이의 필요 수위차는 7.45m이다.

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