학문
짙푸른재카리
원심펌프는 왜 유량이 늘어날수록 압력이 낮아지나요?
유체기계에서 원심펌프의 성능곡선을 배우는데, 유량과 압력이 반비례 관계를 보인다고 해요. 왜 이런 트레이드오프가 펌프 작동 원리상 발생하는지 궁금합니다.
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 임지훈 전문가입니다.
한 줄 요약해드리면!!
-회전 속도가 고정된 상태에서 유체를 빠르게 밀어낼수록(유량 증가) 유체에 전달할 수 있는 회전 추진력과 에너지(압력)가 줄어들고 내부 마찰 손실이 커지기 때문입니다.
채택된 답변안녕하세요. 서종현 전문가입니다.
원심펌프의 작동 원리를 살펴보면, 임펠러가 회전하면서 유체에 원심력을 가해 중심에서 바깥쪽으로 밀어내며 유체를 이동시킵니다. 이때 유체가 펌프를빠져나가면서 발생하는 압력이 바로 양정(헤드)입니다.
펌프 성능곡선에서 유량이 증가할수록 압력이 감소하는 이유는, 유량이 많아질때 펌프가 유체에게 전달하는 에너지가 일정하기 때문입니다. 즉, 임펠러가 내는 에너지(회전력)는 한정되어 있어서 유량이 클때는 유체가 빨리 이동하지만 압력(에너지밀도)은 낮아지고 반대로 유량이 적을때는 압력이 높아집니다.
또한, 유량이 많으면 유체가 펌프내에서 흐르는 저항이 증가하고, 이로 인해 에너지 손실이 커지며 압력이 떨어지는 현상이 나타납니다. 그래서 원심 펌프 성능 곡선은 보통 유량이 커질수록 압력이 점점 낮아지는 반비례 형태를 보이는 것입니다.
이것은 펌프 설계와 운전상 반드시 고려해야 하는 트레이드 오프로, 필요한 유량과 압력 조건에 맞는 펌프를 선택하는데 중요한 기준이 됩니다.
안녕하세요. 조일현 전문가입니다.
유량이 증가하면 내부 마찰에 손실이 발생하기 때문입니다.
유량이 증가한다 것은 내부의 유체 속도가 그 만큼 빠르다는 것이기에 마찰이 더 커지고 있다는 것입니다.
또한 펌프 임펠러 같은 경우에는 특성 설계 유량에 맞춰 디자인 되어 있습니다.
따라서 설계치 이상으로 유량이 많아지면 쓰여야 할 에너지가 낭비가 된다고 볼 수 있습니다.
안녕하세요. 감병주 전문가입니다.
원심펌프에서는 임펠러가 회전하면서 물에 에너지를 전달을 해주는데 회전속도가 일정한 상태에서 유량이 많아질수록 물 한 단위에 충분한 압력에너지를 만들어주기 어려워져서 양정이 낮아지는 경향이 나타납니다. 또 유량이 커지면 펌프 내부를 통과하는 유체의 속도도 커지면서 마찰, 충돌, 와류 같은 손실도 증가합니다. 그중에서 특히 임펠러 입/출구에서 유체가 설계된 방향과 다르게 흐르기 시작하면 손실이 더 커져 실제 얻을 수 있는 압력이 내려가게 된답니다. 그래서 원심펌프의 성능곡선은 보통 유량이 적을 때 양정이 높고 유량이 증가하면서 양정이 낮아지는 형태가 됩니다. 단순히 수학적으로 반비례한다고 보는게 아니라 펌프의 에너지 전달 특성과 내부 손실 때문에 나타나는 관계라고 이해하는게 정확할것 같습니다.