벤츄리 효과(Venturi Effect)

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이탈리아 물리학자 벤츄리가 발견한 효과로, 유체가 상대적으로 좁은 면적을 지날 때 압력이 줄어드는 효과이다.

대표적인 차압식 유량계로 오리피스 미터와 벤츄리 미터가 있다. 우리가 유체역학에서 배웠던 벤츄리 미터와 이번 포스팅에서 다룰 벤츄리 효과는 사실상 동일한 것이다.

다만 벤츄리를 유량계로 활용하느냐 아니냐의 차이일 뿐이다. 벤츄리 효과는 베르누이 방정식으로 쉽게 설명이 가능하다.

https://ikkujun.com/97 - 베르누이 방정식

벤츄리 미터를 개략적으로 나타낸 그림이다.

베르누이 방정식을 가져와 보면

$\frac{P_1}{\rho g} + \frac{1}{2}\frac{u_1^2}{g} + h_1 = \frac{P_2}{\rho g} + \frac{1}{2}\frac{u_2^2}{g} + h_2$

여기서 1점과 2점은 유선이 같으므로 베르누이 방정식을 적용할 수 있다.

두 지점의 위치는 같으므로 높이항은 없앨 수 있다.

$\frac{P_1}{\rho g} + \frac{1}{2}\frac{u_1^2}{g} = \frac{P_2}{\rho g} + \frac{1}{2}\frac{u_2^2}{g} $

그러면 압력항과 속도항만 남게 된다. 여기서 위 그림이 정상상태(Steady State)라면 유량이 일정하고, 단면적에 따라 유속이 변할 것이다. 2번 지점의 단면적이 더 작으므로 유속이 더 클 것이다.

$u_2 > u_1$ 이므로 베르누이 방정식이 만족하려면 $P_1 > P_2$ 이어야 한다. $P_1-P_2$ 차이만큼 물기둥 높이 차이(h)가 생기는 것이다. (그림참고)

즉, 벤츄리 부분에서 유속이 증가하면서 압력이 낮아지는 것이다. 이를 활용한 것 중에 하나가 포소화약제 혼합장치이다.

포소화설비에는 크게 4가지가 있다.

1) 펌프 프로포셔너(Pump Proportioner)

2) 라인 프로포셔너(Line Proportioner)

3) 프레져 프로포셔너(Pressure Proportioner)

4) 프레져 사이드 프로포셔너(Pressure Side Proportioner)

각 소화설비는 추후 포스팅에서 자세히 다뤄보겠다.

이 중에서 라인 프로포셔너(Line Proportioner), 프레져 프로포셔너(Pressure Proportioner)에는 포소화약제 혼합장치가 있다.

벤츄리 효과에 의해 약제탱크로부터 약제가 올라오게 된다. 그러면 약제가 어떻게 올라오는 것일까?

바로 위에서 언급했던 압력차이 때문이다.

흡입기와 혼합기에는 벤츄리가 장착되어 있다. 흡입기와 혼합기로 물이 빠르게 흐르게 되면 벤츄리 쪽의 압력이 낮아진다. 그러면 상대적으로 고압인 약제탱크에서 저압인 벤츄리 쪽으로 약제가 이동하게 된다.

유체의 속도만으로 추가적인 설비가 필요없이 약제를 물과 손쉽게 혼합하여 포를 형성하여 방출할 수 있는 것이다.

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