💥 수격 현상 (Water Hammer) 계산기
Joukowsky 방정식을 사용하여 밸브의 급격한 차단으로 인해 발생하는 배관 내 최대 압력 상승(수격 현상)을 계산합니다.
Inputs
Typical for water in steel pipe: ~1200 m/s or ~4000 ft/s
Results
This is the ADDED pressure on top of the static pressure.
밸브 차단 충격파
계산기 설명
수격 현상(Water Hammer, 유체 충격)은 배관 내 유체가 갑자기 정지하거나 방향이 바뀔 때 발생하는 압력 파(충격파)입니다. 유속 변화가 압축성 효과와 만나 순식간에 큰 압력 상승을 만들며, 배관 파손·소음·밸브 손상의 원인이 됩니다.
이 계산기가 구하는 것
유체 밀도 ρ, 압력파 속도(파동 속도) a, 유속 변화 Δv를 입력하면 Joukowsky 식으로 최대 압력 상승 ΔP를 계산합니다.
왜 필요한가
- 배관·밸브·지지물 설계 시 허용 압력 검토
- 펌프 기동/정지 및 밸브 차단 시나리오 해석
- 서지 탱크·체크 밸브 등 보호 장치 선정
계산 공식
Joukowsky 방정식 (수격 현상)
즉시 차단(순간 정지) 시 발생하는 압력 상승의 최댓값입니다. 유속 변화가 클수록, 파동 속도와 밀도가 클수록 압력 상승이 커집니다.
- ΔP — 압력 상승분(서지) [Pa 또는 psi]
- ρ — 유체 밀도 [kg/m³ 또는 lb/ft³]
- a — 파동 속도(음속) [m/s 또는 ft/s]
- Δv — 유속 변화량 [m/s 또는 ft/s]
식의 의미와 파동 속도
파동 속도 a는 유체 체적탄성계수 K와 배관 강성에 따라 a ≈ √[ K/ρ / (1 + (K/E)(D/t)·C ) ] 로 결정됩니다(강관에서 물은 보통 a ≈ 1000~1300 m/s). 배관이 유연할수록 a가 작아져 압력 상승이 완화됩니다.
임계 차단 시간
* 참고: 수격 현상을 방지하려면 밸브 차단 시간 T_c가 임계 시간 T_cr = 2L/a 보다 길어야 합니다 (L은 배관 길이). 이보다 빠르면 즉시 차단으로 간주되어 전체 Joukowsky 압력이 발생합니다.
계산 예시
물(ρ = 1000 kg/m³)이 파동 속도 a = 1000 m/s로 흐르다 유속이 2 m/s 감소하면 ΔP = 1000 × 1000 × 2 = 2×10⁶ Pa = 2 MPa(약 290 psi)의 압력 상승이 생깁니다.
유용한 팁
실무 팁
- 완만한 밸브 차단, 소프트 스타트/스톱 펌프로 유속 변화 Δv를 줄이세요.
- 서지 탱크·압력 파괴기(air vessel)로 파동 에너지를 흡수하세요.
- 배관 지지와 신축 이음매로 충격 하중을 견디도록 하세요.
한계와 주의사항
- Joukowsky 식은 즉시 차단 최댓값이며, 느린 차단이나 감쇠는 실제 압력을 낮춥니다.
- 마찰·점성·다중 반사가 있으면 파형이 감쇠하므로 정밀 해석은 특성곡선법을 쓰세요.
- 증기 암(air/vapor pocket) 형성 시 압력 거동이 비선형이 됩니다.