노즐에서 공기(가스)가 분사되는 속도를 구하고 싶습니다.

글쓴이
yoojang
등록일
2015-04-17 18:02
조회
14,706회
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댓글
18건
안녕하세요.
회사일로인해 소화기 노즐에서 소화약제가 분사되는 속도를 알아야 합니다만, 제가 이쪽의 문외한 이고, 아무리 검색을 해도 알 수가 없어 본 게시판에 도움을 구합니다.

그림과같이 솔레노이드 소화기가 있습니다.
소화병안에는 질소와 소화약제가 충만되어 있고
소화기를 동작시키면 300 ms 만에 소화병안의 모든
소화약제가 노즐을 통해 분사됩니다.

만약,
소화병 압력 : 900psi
노즐경(지름) : 100mm
소화약제 분사시간 : 300ms

라고 가정한다면, 노즐을 통해 분사되는 소화약제의
분사속도를 구하는 것이 가능한지요? 혹은, 추가로 알아야하는
데이터가 있는지요?(ex: 소화약제 양)

가능하다면 분사속도 구하는 공식좀 알려 주십시요. 불가능
하다면 왜 불가능한지 이유 좀 알려주십시요.(저도 회사에
설명을 해야하기에..ㅠ)

부탁드립니다.
감사합니다.

  • 재료 ()

      노즐에서 뿜어져 나오는 평균 분사속도를 구하는 게 목적이라면
    분사되는 총 약제의 양을 알고 분사구의 넓이 역시 알고 있으므로
    쉽게 계산되지 않나요?
    물론 압력강하때문에 최초에는 분사압이 높고 나중에는 낮을 것이므로
    분사속도 profile을 구하려면 뭔가 측정이 있어야 할 것 같습니다만..

    이와 별개로 1m 바깥에서의 약제의 속도를 구하려면 측정이 필수적일 것 같네요.
    1m를 진행한 이후의 속도강하는 분사 약제의 분산성 유체특성 등등에 관계될테니..

  • Eng. ()

      모든 약제가 0.3초만에 모두 밖으로 분사된다.

    여기에 노즐 직경만 알고 있으면 평균속도를 구할 수 있겠죠.

    하지만 이렇게 대충 계산하는것이 아니라 정확히 구하려면 유체역학과 열역학을 모두 고려해야 할 듯 한데..

    분사시간이 상대적으로 짧은 편이라 아무리 엄밀하게 구해도 오차가 클 것 같구요.. 반대로 말하면 시간이 짧으므로 위와같은 방법으로 구해도 크게 다르진 않을겁니다.

    정확히 구하려면 시험해보는 방법밖에 없을듯 하네요.

    수치 해석적으로 엄밀한 해를 구하고싶으시면.. 유체역학 및 열역학 책을 들여다 보심이.. 간단한 문제는 아닙니다.

  • 행운아 ()

      가르쳐드릴테니 노트에 잘 적으세요. 소화기의 내압을 P(t) 라고 정의.
    소화기가 노즐의 분사를 통해 다 분사된다고 합시다. 그럼 소화기의 내압의 미분으로 식을 정리하면 됩니다. dP/dt = k * (P-C) , k는 비례상수, P는 소화기 내압,  C는 외부의 압력. 즉 뉴턴의 법칙입니다. 그리고 K는 Cond/V가 되겠네요. Cond 는 컨덕턴스,V는 용기의 체적.  저어기 문제에서 300ms에 모두 소진된다고 하니 dP/dt = k * (P-C)에 그 경계조건을 넣어서 풀면됩니다. 그러면 k = Cond./V가 보일겁니다. 여기서 Cond.  의 단위는 [m3/sec] 즉 유량으로 보고 여기서 직접 속도를 구하면 됩니다. 다시 한번 정리하면 내부의 압력을 기준을 뉴턴법칙의 미분방정식을 세우고, 주변의 경계조건을 하나씩 부숴나가면 쉽게 푸는 문제입니다.

  • 댓글의 댓글 ibyun ()

    행운아님! 꼭 자문받고 싶은것이 있는데 연락가능할까요?

  • 행운아 ()

      그리고 한가지 더, 이 문제는 열역학, 유체역학 볼 것도 없이 공업수학 제일 처음에 나오는 미분방정식 챕터에 보면 해가 나옵니다. 문제 수준은 대학생 1-2학년입니다.

  • yoojang ()

      답변 달아주신 모든 분들께 감사드립니다.
    아무래도 책도 좀 보고 공부좀 해야겠습니다~

  • 라온누리 ()

      얻고자하는 값의 정확도에 따라 문제 수준이 고등학교 수준도 될 수 있고 대학원 석사급 수준이 될 수도 있죠.

    행운아님이 설명하신 어렵게 설명하신 내용이 결론은 300ms에 모든 약제가 노즐을 통해 밖으로 분사된다. 이것만 알면 되는 거구요..

    이렇게 풀꺼면 차라리 등온 가정하고 보일-샤를의 법칙 p1v1=p2v2으로 푸는게 훨씬 합리적이겠네요.

    엄밀한 해를 구하려면 열역학, 유체역학 없이 어떻게 구하죠? 소화기 내부유동, 벽효과 따위는 고려하지 않는다고 쳐도 일단 내부 충전제가 압축기체+분말 혼합물인데요..

  • 행운아 ()

      라온누리// 보일 샤를의 법칙으로 어떻게 푸는지 한번 보이고 난다음에 썰을 풀것.
    질문하신 님의 내용은[ 회사내에서 설명을 해야한다] 가 핵심. 즉 짧은 기간안에 과핮걱으로 근거가 있는 답변을 해야한다가 중요. 엄밀한 해를 낼테니 납기를 연기해줍시요 라는 것은 통용되지 않음.

  • 재료 ()

      행운아//
    그렇게 간단하지가 않아요.

    엄밀해든 무슨해든 속도 profile을 구하려면 이것저것 고려할 게 많습니다.

    위 첫 댓글에 적어놓은 식을 보면 압력강하가 시간에 비례한다고 단순하게 계산해 놓았는데 뭐 그런 식으로 단순화 하는거야 마음대로지만 그게 과학적으로 근거가 있다라고 주장을 하면 말이 안되죠.

    https://www.physicsforums.com/threads/velocity-of-air-coming-out-of-a-nozzle.694656/

    비슷한 문제를 다룬 여기 한번 보시고, 그리고 사족으로 예의라고는 전혀 찾아볼 수 없는 말투 많이 거슬리네요.

  • 행운아 ()

      재료// 압력강하가 시간에 비례한다고 누가 말했나요? 식을 잘보세요. 압력강하의 시간에 대한 미분은, 소화기의 내압과 외압의 차에 비례한다고 적어놓았어요. 그리고 한가지 더, 구글링해서 링크걸어놓은 것은 좋은데 왠만하면 본인의 생각을 직접 서술해보세요. 그것도 안되면 그냥 짜그러져 있으세요. 기본적으로 링크만 달아오는 로우레벨의 엔지니어가 예의를 기대하면 안되죠.

  • 재료 ()

      행운아//

    네 뭐 길게 말 안하겠습니다. 시간에 비례하다고 가정하든 압력에 비례하다고 가정하든 뭐 나중에 profile에서 x축만 바뀌게 되겠지만, 제가 지적한 부분을 이해 못하면 본인이 하이레벨 엔지니어라고 자부하고 그냥 사시면 됩니다.

  • 행운아 ()

      //재료

    자기가 퍼온 링크에 대해서도 그게 맞는지 틀린내용인지 판단도 못하는 로우레벨 인생은 제발 조용히 있어요. 그게 세상을 위하는 일이예요. 그냥 설명하면 끝나는 일을 그게 안되가지고 말을 빙빙 돌리는 것이 참으로 한심스럽네요.
     자기생각을 자기입으로 말못하고 처음부터 구글링부터 하는 레벨 . 뭐 더 이상 설교 생략합니다.

  • 행운아 ()

      요즈음 입만 살아있는 사람들이 너무 많아서 탈입니다. [그만 말하고 여기 화이트 보드에 한번 적어봐라] 하면 다들 변명부터 시작하더군요. 대개 화이트보드 직접 적지 못하고 끝닙니다. 결국 [무슨 무슨 이유로 안됩니다]라는 변명만 잘하지, 스스로 힘으로 해결하는 것을 본 적이 없어요.

  • Eng. ()

      재밌네요. 누가 입만 산건지 모르겠군요ㅋ

    '나 이문제 혼자서 풀 줄 안다'-> 하이레벨 엔지니어

    '그렇게 간단한게 아닌데, 여기도 한번 봐보고 다른것도 좀 고려해야되지 않나?' -> 로우레벨 엔지니어

    위에 재료님이 올려놓은 URL 들어가봤는데 맞고 틀리고의 문제가 아닌데요? 대체 URL의 어떤 부분이 틀렸다는건지..

    어떤 부분이 틀렸는지 서술해보세요.
    그것도 안되면 짜그러져 있으세요. 틀린 글 링크달아놨다고 로우레벨 엔지니어라는 막말을 하는 인간에게는 예의를 기대하지 말고요.

    p1v1=p2v2를 직접 여기에 풀어 재껴야 하는 수준인가요? 입만 산 것보다 직접 풀어보이는게 중요하다는 말은 맞는데 엔지니어는 자신이 내놓은 답에는 책임을 져야죠.

    저 문제는 유체역학, 열역학 없이는 쉽게풀든 어렵게풀든 답에대한 책임을 질만한 수준의 문제는 아니라고 생각하는데요..

    여기서 돌아다니다 보면 심심하면 사람들 질문에 1등으로 시비거는 댓글 다는 재미로 사는 것 같은데 진지하게 정신병원부터 찾아가보시길..

  • Eng. ()

      입만 살았다는 이야기는 본인의 전문분야나 직장 내부에서 후배한테나 해주시구요.

    여기가 과학기술인연합이라는 홈페이지라고 산업현장에서 케파가 쌓인 엔지니어만 모인곳은 아닙니다.

    질문 게시판에 질문 글 올리고, 상담 게시판에 진학이나 진로상담 올리는 사람보고 남을 가르치려 들지 마세요.

    정 그러고싶으면 선생이나 교수를 하시던가요.

  • 재료 ()

      시간낭비일것 같아서 답글 길게 안남기려다 그냥 한번 끄적거려 봅니다.
    태도변화나 뭐 이런걸 기대하고 쓰는 건 아니고요. 제 경험상 사람 잘 안바뀌더라고요.

    행운아님 수식이 일단 맞다고 칩시다. 화이트보드에 적었다고 치지요. 그러면 보일 샤를의 법칙이 꼭 들어가야 합니다. 아니면 아예 계산도 불가능해요. 이유는 용기내에 있던 압축약제의 부피가 V1이면 노즐에서 분사된 다음에는 대기압으로 떨어질테니 분사되는 부피 V2가 다르므로 행운아님이 제시한 것 처럼 용기의 체적을 컨덕턴트에 고려한다고 풀리는 문제가 아니게 되지요.

    열역학 지식이 조금이라도 있다면, 아니라도 실무경험이 좀 있다면 이제 V2가 보일-샤를에 완전히 의존하지 않는다는 사실 역시 찾아낼 수 있을겁니다. 이상기체가 아니기 때문이죠. 약제의 경우 종류에 따라 다르지만 액체나 고체가 기체랑 섞여있는 형태일 겁니다. 그럼 다상유동흐름이라는 상당히 이름부터 복잡한 것을 고려해야 합니다.

    게다가 압력이 비교적 낮아서 노즐에서의 분사최대속도가 음속보다 매우매우 낮으면 노즐에서 뿜어져 나오는 '기체'만의 속도는 행운아님이 제안한 것 처럼 (정확하진 않겠지만) 압력차가 높으면 빨라질 겁니다. 근데 음속장벽이라는게 있고 지금 압력이 아주 높기 때문에 음속에 만약 가까워진다면 완전히 다른 가정을 적용해야 합니다. (행운아님 수준으로 쉽게 말하자면, 음속에 가까워지면 압력차가 커져도 속도가 그다지 늘지 않습니다)

    게다가 노즐까지 가는 관에서의 압력강하를 고려해야 할테고 또 다른 변수들도 분명히 있을테니 실무적으로든 뭐로든 그냥 측정하는 게 제일 합리적일것이다 라고 말한겁니다. 화이트 보드에 그림 그려줘야 이해하실지는 모르겠지만.

    물론 노즐 입구에서의 평균속도만이 중요하다면 이런 저런 측정은 별 필요 없겠지요.

  • 재료 ()

      그리고 로우레벨 로우레벨 하시는데, 행운아님이 얼마나 하이레벨인지 저는 잘 모르겠고

    제가 있는 기관에 외부에서 연구용역 들어오면 장비사용료 따위 빼고 제 인건비 시간당 200달러로 계산합니다. 로우레벨이 다른사람 자료 찾아가며 컨설팅 해주면 이정도니 행운아님은 화이트보드로 대충 시간당 백만원씩 받으셔도 되겠네요. 누가 그 돈 주고 맞길지는 의문이지만.

  • 물리학도 ()

      여러분 행운아 저 사람 원래 이상한 사람입니다. 싸이코한테 낚여서 시간 낭비하지 맙시다. 일베 용어도 엄청 많이 썼는데 요즘에는 잘 안쓰네요.

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