안지름 10cm인 파이프에 물이 평균속도 1.5cm/s로 흐를 때(경우… | [건설기계설비기사 필기] 17년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[건설기계설비기사 필기] 17년 1회차

안지름 10cm인 파이프에 물이 평균속도 1.5cm/s로 흐를 때(경우ⓐ)와 비중이 0.6이고 점성계수가 물의 1/5인 유체 A가 물과 같은 평균속도로 동일한 관에 흐를 때(경우ⓑ), 파이프 중심에서 최고속도는 어느 경우가 더 빠른가? (단, 물의 점성계수는 0.001kg/(m*s)이다.)

경우ⓐ

경우ⓑ

두 경우 모두 최고속도가 같다

어느 경우가 더 빠른지 알 수 없다.

해설

같은 평균속도로 흘러도 물은 층류, 유체 A는 난류가 되어 물 쪽의 중심 최고속도가 더 빠르다.
레이놀즈수  $Re=\dfrac{\rho V D}{\mu}$ 를 각각 계산하면, 물은  $Re_a=\dfrac{1000\times0.015\times0.1}{0.001}=1500$ 으로 층류( $Re \lt 2300$ )이다.
유체 A는 밀도 600kg/m³, 점성계수가 물의 1/5(0.0002kg/(m·s))이므로  $Re_b=\dfrac{600\times0.015\times0.1}{0.0002}=4500$ 으로 난류가 된다.
층류에서는 관 중심의 최고속도가 평균속도의 2배(포물선 분포)에 이르지만, 난류에서는 속도분포가 평탄해져 최고속도/평균속도 비가 이보다 훨씬 작다. 따라서 층류인 물의 경우가 최고속도가 더 크다.

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