💧 열교환기 튜브 압력 강하 계산기

Darcy-Weisbach 방정식을 이용하여 열교환기 튜브 내부의 압력 강하를 계산합니다.

Inputs

튜브 길이 (L)

내부 직경 (D)

유속 (v)

유체 밀도 (ρ)

마찰 계수 (f)

Darcy friction factor. Typical turbulent flow ~0.02

Results

압력 강하 (ΔP)

0.00 Pa

수두 손실 (h_f)

0.00

압력 강하 프로파일

계산기 설명

관 내 압력 강하(Pressure Drop)는 유체가 배관·열교환기 튜브를 통과할 때 마찰과 국부 저항으로 인해 잃는 에너지입니다. 펌프 양정, 배관 지름, 그리고 운전 비용을 결정하는 핵심 요소입니다.

이 계산기가 구하는 것

길이 L, 내경 D, 유속 v, 유체 밀도 ρ, 그리고 Darcy 마찰 계수 f를 입력하면 튜브 내 압력 강하 ΔP(또는 수두 손실 h_f)를 계산합니다. 열교환기 튜브 설계에 주로 쓰입니다.

왜 필요한가

펌프/압축기 필요 양정·동력 산정
배관 지름·유속 최적화(에너지 vs 투자비)
열교환기 튜브 측 압력 손실 평가

계산 공식

Darcy-Weisbach 방정식

압력 강하는 마찰 계수 f, 길이-지름비 L/D, 그리고 동압(ρv²/2)에 비례합니다. 수두 손실 h_f는 중력 가속도 g로 나눈 형태입니다.

\Delta P = f\,\dfrac{L}{D}\,\dfrac{\rho v^{2}}{2}

h_f = f\,\dfrac{L}{D}\,\dfrac{v^{2}}{2g}

ΔP — 압력 강하 [Pa]
h_f — 수두 손실 [m]
f — Darcy 마찰 계수 (무차원)
L, D — 길이 및 내부 지름 [m]
v, ρ — 유속 [m/s] 및 밀도 [kg/m³]
g — 중력 가속도 (≈ 9.81 m/s²)

식의 의미 (어떻게 구하나)

마찰 계수 f는 Reynolds 수(Re = ρvD/μ)와 관 거칠기로 결정되며, 난류일수록 커집니다.
압력 강하는 유속의 제곱(v²)에 비례 → 유속을 2배하면 손실은 4배가 됩니다.
지름 D가 작아지면 L/D와 동압 모두 커져 손실이 급증합니다.

계산 예시

물(ρ = 1000 kg/m³)이 내경 50 mm, 길이 10 m 튜브를 2 m/s로 흐르고 f = 0.02라고 하면: ΔP = 0.02 × (10/0.05) × (1000×2²/2) = 0.02 × 200 × 2000 = 8000 Pa = 8 kPa, 수두 손실 h_f ≈ 0.82 m입니다.

유용한 팁

실무 팁

마찰 계수 f는 Moody 차트나 Colebrook-White 식으로 구하세요(완전 발달 난류 기준).
엘보우·밸브 등 국부 손실은 등가 길이(Le)로 환산해 L에 더하세요.
경제적 유속 범위(물 약 1~3 m/s) 내에서 지름을 정하면 비용이 균형잡힙니다.

한계와 주의사항

본 식은 단상·뉴턴 유체의 완전 발달 유동에 적합하며, 층류에서는 f = 64/Re입니다.
비뉴턴 유체·다상 유동·압축성 효과가 크면 별도 상관식을 써야 합니다.