답안서고 소방시설관리사

2020년 제20회 · 문제 3 물음 3 · 8점

A~B 사이 병렬 분기관 3개의 유량 분배

내경 40 mm 분기관 3개(경로 길이 54 m·20 m·34 m)로 1,000 L/min이 흐를 때 Hazen–Williams 식의 손실 평형으로 각 분기관 유량 계산

검증중 2026. 10. 22. 기준 2027년부터 1차 이동 (추정)

확인 중: Q1·Q3 경로는 모서리마다 90도 엘보 1개씩(경로당 2개)으로 보았습니다.

근거 조항 1개
  • 유체역학 기본식Hazen–Williams 식, 병렬배관 손실 평형

원문: 국가법령정보센터

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문제

물음 3) 그림과 같이 A지점으로 물이 유입되어 B지점으로 유출되고 있다. A~B 사이에 있는 세 개 분기관의 내경이 40 mm라고 할 때 각 분기관으로 흐르는 유량을 계산하시오. (8점)

A에서 B로 가는 세 경로: 위쪽 Q1은 A에서 15 m 올라가 20 m 수평 후 15 m 내려옴, 가운데 Q2는 20 m 직선, 아래쪽 Q3는 5 m 내려가 20 m 수평 후 5 m 올라옴

〈조건〉

  • 배관의 마찰손실압력을 구하는 공식은 다음과 같다. ΔP=6.174×104×Q1.85C1.85×D4.87×L\Delta P=6.174\times10^4\times\dfrac{Q^{1.85}}{C^{1.85}\times D^{4.87}}\times L (ΔP: 마찰손실압력(MPa), Q: 유량(L/min), C: 조도(120), D: 배관경(mm), L: 배관길이(m))
  • 유입점과 유출점에는 1,000 L/min의 유량이 흐르고 있다.
  • 90도 엘보의 등가길이는 2 m이며, A와 B 두 지점의 배관부속 마찰손실은 무시한다.
  • 계산값은 소수점 셋째자리에서 반올림하여 둘째자리까지 구하시오.

핵심 키워드

  • 병렬배관: 각 경로 손실이 같다, 유량 합 = 1,000 L/min
  • 관경·C가 같으면 Q∝L−1/1.85Q\propto L^{-1/1.85}

답안

1. 경로별 등가길이

경로직관엘보등가길이
Q115 + 20 + 15 = 50 m2개 × 2 m54 m
Q220 m없음20 m
Q35 + 20 + 5 = 30 m2개 × 2 m34 m

2. 손실 평형

C와 D가 같으므로 ΔP1=ΔP2=ΔP3\Delta P_1=\Delta P_2=\Delta P_3에서 Q11.85L1=Q21.85L2=Q31.85L3Q_1^{1.85}L_1=Q_2^{1.85}L_2=Q_3^{1.85}L_3

Q1=Q2(2054)11.85=0.5846 Q2,Q3=Q2(2034)11.85=0.7506 Q2Q_1=Q_2\left(\frac{20}{54}\right)^{\frac{1}{1.85}}=0.5846\,Q_2,\qquad Q_3=Q_2\left(\frac{20}{34}\right)^{\frac{1}{1.85}}=0.7506\,Q_2 Q1+Q2+Q3=(0.5846+1+0.7506) Q2=1,000Q_1+Q_2+Q_3=(0.5846+1+0.7506)\,Q_2=1{,}000 Q2=428.23 L/minQ_2=428.23\ \text{L/min}

3. 각 분기관 유량

  • Q1=0.5846×428.23=Q_1=0.5846\times428.23= 250.33 L/min
  • Q2=Q_2= 428.23 L/min
  • Q3=0.7506×428.23=Q_3=0.7506\times428.23= 321.45 L/min

검산: 세 경로 손실 모두 ΔP≈0.20 MPa\Delta P\approx0.20\ \text{MPa}로 같다.

근거

  • 병렬로 연결된 배관은 시작점과 끝점이 같으므로 경로별 마찰손실압력이 같고, 유량의 합은 유입 유량과 같다.
  • Hazen–Williams 식에서 ΔP∝Q1.85L\Delta P\propto Q^{1.85}L이므로 Q∝L−0.5405Q\propto L^{-0.5405}.

문제 출처: 한국산업인력공단(큐넷) 소방시설관리사 2차 시험지 — 공공누리 제1유형(출처표시). 답안은 이 사이트가 독자적으로 작성한 것으로, 공단의 공식 정답이 아닙니다.

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