베르누이와 벤투리, 그리고 분사각의 최적화
압력을 속도로 바꾸는 장치, 노즐
소방 시스템은 펌프 → 배관 → 노즐의 단순 구조입니다. 핵심은 노즐에서 정압을 동압(유속)으로 바꾸는 에너지 전환입니다.
P + 0.5·ρ·v^2 + ρ·g·h = constant이때 이상화하면 노즐 출구 속도는 다음과 같이 근사할 수 있습니다.
v ≈ √(2·ΔP / ρ)압력 차(ΔP)가 클수록, 출구 단면이 작을수록 v는 커집니다(단, 유량은 줄 수 있음).
현장 계산의 핵심 변수
- 높이 보정: 10 m 상승마다 약 1 bar 추가 필요
- 마찰손실: 호스 길이·곡관·커플링·밸브 손실 포함
- 노즐 직경: 직경↓ → v↑, 하지만 Q↓ → 사거리·살수량 균형 필요
왜 직선으로만 가지 않나?
분출 후에는 공기 저항으로 난류 혼합이 일어나고, 중력으로 포물선 운동을 하며 퍼집니다. 따라서 초기 v와 분사각(대략 30~40°) 최적화가 관건입니다.
플랜트 노즐과의 연결고리
- 증류탑·흡수탑 분무노즐: 액적 크기와 분포 제어
- 버너 노즐: 연료–공기 혼합 품질 결정
- 냉각탑 노즐: 열교환 효율을 좌우하는 분사 패턴
모두가 압력→속도 전환과 분사 특성 설계라는 동일 원리를 공유합니다.
FAQ
Q. 노즐을 더 좁히면 무조건 멀리 갈까요?
A. 초기 속도는 빨라지지만 유량(Q)이 줄어 실화재 진압 효율은 떨어질 수 있습니다.
Q. 각도는 왜 바꿔가며 쏘나요?
A. 목표 높이/거리/바람 조건에 따라 사거리–피복률 최적점을 찾기 위함입니다.
핵심 요약
- 노즐은 정압을 동압으로 바꾸는 에너지 컨버터
- 사거리는 ΔP, 노즐 직경, 분사각의 함수
- 마찰·중력·공기저항을 고려한 현장 최적화가 성패를 좌우