전체 글40 댐 방수로 물살이 거세지는 이유 | 화학공학적 에너지 보존과 유속 증가의 원리 포텐셜 에너지가 운동 에너지로, 댐 하류 난류 유동의 과학댐에서 물이 쏟아져 나올 때의 의문댐의 방수로를 보면 평소 잔잔하던 강물이 갑자기 거대한 폭포처럼 쏟아져 나와 하류에서 물살이 매우 거세지는 현상을 관찰할 수 있습니다. 이는 단순히 물의 양이 많아서가 아니라, 화공학·유체역학의 에너지 보존 원리로 설명할 수 있습니다.위치에너지 → 운동에너지 전환댐 상류에 저장된 물은 높은 위치에 있기 때문에 위치에너지(ρgh)를 가지고 있습니다.댐 높이 h가 클수록 위치에너지는 증가방수로를 통해 내려올 때 이 에너지가 운동에너지(½ρv²)로 변환결과적으로 유속(v)이 급격히 증가이는 베르누이 방정식으로 간단히 표현할 수 있습니다.P + 0.5·ρ·v² + ρ·g·h = constant방수로의 형상과 가속 효과댐 .. 2025. 9. 4. 자동차 연비와 공기저항 | 화학공학적 유체역학으로 본 드래그 계수 고속 주행 연비의 숨은 변수, 항력(Drag)과 Cd 값의 과학자동차 연비에 숨어 있는 공기저항자동차의 연비는 단순히 엔진 효율이나 차량 무게로만 결정되지 않습니다. 고속 주행에서는 공기저항(Aerodynamic Drag)이 큰 영향을 미칩니다. 즉, 연비를 높이려면 엔진 기술뿐 아니라 공기역학 설계가 필수라는 의미입니다.드래그(Drag)의 정의와 수식화공학·유체역학에서 항력은 다음과 같이 정의됩니다.F_d = 0.5 · ρ · v^2 · Cd · AFd: 항력 (N)ρ: 공기 밀도 (약 1.2 kg/m³)v: 주행 속도 (m/s)Cd: 항력 계수 (Drag Coefficient)A: 전면 투영 면적 (m²)주행 속도가 2배가 되면 항력은 4배, 필요한 엔진 출력은 8배 가까이 커집니다. 고속 주행 연비.. 2025. 9. 3. 비 오는 날 와이퍼가 밀리는 이유 | 화학공학적 윤활과 점도의 과학 마찰–윤활–점성의 상호작용으로 풀어보는 와이퍼 현상비 오는 날, 왜 와이퍼가 잘 안 닦일까?자동차를 운전하다 보면 비가 오는 날 유독 와이퍼가 덜덜거리거나, 밀리면서 자국을 남기는 경우가 있습니다. 이는 단순히 와이퍼 고무의 노후 때문이 아니라, 유체윤활학과 점도(Viscosity) 개념으로 설명할 수 있습니다.윤활과 점도의 기본 원리화공학에서는 유체가 표면 사이에 존재할 때 마찰을 줄이는 역할을 윤활(Lubrication)이라고 합니다. 이때 중요한 변수가 바로 점도(μ)입니다.점도↑: 흐름이 끈적해져 마찰 완화, 하지만 저속 운동에서는 저항↑점도↓: 쉽게 흐르지만, 윤활막 형성이 어려움비 오는 날 유리 위의 물막 두께·점도·온도 조건에 따라 와이퍼의 움직임이 달라집니다.와이퍼 밀림 현상의 원인윤활막 .. 2025. 9. 3. 에어컨 바람은 왜 멀리 안 퍼질까? | 화학공학적 유체 확산과 난류의 원리 직선 제트에서 난류 확산까지, 에너지 분산으로 보는 에어컨 바람의 과학시작 질문: 에어컨은 세게 트는데 왜 멀리 못 갈까?여름에 에어컨을 켜면 처음엔 시원한 바람이 직선으로 뻗는 것 같지만, 조금만 떨어져도 바람 세기가 약해집니다. 단순히 바람의 힘이 부족한 게 아니라, 유체역학적 확산과 난류 혼합 때문입니다.유체역학의 기본: 제트(Jet)와 확산(Diffusion)에어컨 바람은 사실상 노즐에서 분출되는 공기 제트입니다. 화공학에서 스프레이 노즐이나 가스 분출을 다룰 때와 같은 모델로 이해할 수 있습니다.초기 구간: 바람이 직선에 가깝게 뻗음혼합 구간: 주변 정지 공기와 섞이며 점점 확산완전 발달 난류: 속도 분포가 고르게 퍼지며 중심부 유속 감소즉, 거리가 멀어질수록 중심 유속은 줄고, 바람은 사방으로.. 2025. 9. 3. 소방호스 물줄기가 멀리 가는 이유 | 화학공학적 노즐 유속·압력의 과학 베르누이와 벤투리, 그리고 분사각의 최적화압력을 속도로 바꾸는 장치, 노즐소방 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 변수높이 보정: 10 m 상승마다 약 1 bar 추가 필요마찰손실: 호스 길이·곡관·커플링·밸브 손실 포함노즐 직경: 직경↓ → v↑, 하지만 Q↓ → 사거리·살수량 균형 필요왜 직선으로만 가지 않나?분출 후에는 공기 저항으로 난류 혼합이 일어나고, 중력으로 .. 2025. 9. 3. 아파트 수돗물 압력 차이 | 화학공학으로 해석한 압력손실·마찰손실 Darcy–Weisbach부터 동시사용 효과까지, 수압의 공학적 비밀압력(P)과 유량(Q), 그리고 손실수도관 유동은 하나의 배관 시스템입니다. 유량이 커질수록 마찰손실이 커지고 압력은 떨어집니다. 화공 설계에서 쓰는 식으로 표현하면 다음과 같습니다.ΔP = f · (L/D) · (ρ v^2 / 2)f: 마찰계수(거칠기/레지임 영향)L/D: 길이 대비 직경v: 유속 (유량↑ → v↑ → 손실은 v²에 비례)층마다 다른 수압의 세 가지 원인정수압(ρgh): 높이 차 10 m마다 약 1 bar 추가 필요배관 마찰손실: 곡관/밸브/계량기/스케일 누적동시사용 효과: 피크 시간대 유량 급증 → 압력 급강하결국 고층일수록 정수압 손실 + 마찰손실이 커져 수압이 약하게 느껴집니다.화공 플랜트와의 1:1 대응유량을 무.. 2025. 9. 3. 이전 1 ··· 3 4 5 6 7 다음