[공조냉동기계기술사 제140회 4교시 4번]

4교시 4번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분

공조용 팬(fan)은 덕트와 연결하는 방식에 따라 압력이 달라지게 된다. 이때 팬과 덕트의 연결방법에 따른 계통의 압력관계를 도시(전압, 정압을 모두 표시)하고 각각 설명하시오.

팬에 연결된 입출구 덕트 크기가 같을 때
팬의 출구에만 덕트가 연결될 때
팬의 입구에만 덕트가 연결될 때
팬의 출구에 원뿔형의 확대부가 있을 때

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답안 구조

개요
압력의 기본 개념 및 팬 압력의 정의
팬과 덕트 연결 방법에 따른 압력관계 도시 및 설명
결론 및 공조시스템 설계 시 고려사항

용어 정의

전압 (Total Pressure): 유체가 가진 총 압력으로, 정압과 동압의 합(PT = PS + PV)으로 표현되며 마찰 등 저항에 의해 감소함
정압 (Static Pressure): 유체의 흐름 방향과 무관하게 관 벽에 수직으로 작용하는 압력으로, 유체의 팽창 및 수축 작용을 함
동압 (Velocity Pressure): 유체의 흐름 속도에 의해 발생하는 압력으로, 유속의 제곱에 비례함
정압 재취득 (Static Regain): 덕트 확대부 등에서 유속이 감소할 때, 동압의 일부가 정압으로 변환되어 정압이 상승하는 현상

핵심 내용

1)

팬 입구와 출구의 단면적이 동일하여 계통 내 동압이 일정하게 유지됨
입구측 덕트에서는 마찰 저항에 의해 전압과 정압이 점차 감소하며 음압 형성
팬을 통과하면서 에너지가 공급되어 전압과 정압이 급격히 상승함
출구측 덕트에서는 마찰 저항으로 인해 전압과 정압이 서서히 감소함

공식: $P_{V1} = P_{V2}$ , $P_{TF} = P_{T2} - P_{T1}$ , $P_{SF} = P_{S2} - P_{T1}$

2)

팬 입구가 대기에 개방되어 있으므로 입구 전압을 대기압(0) 기준으로 산정
흡입 과정에서 유속이 발생하므로 입구 정압은 동압 크기만큼 마이너스(음압) 상태
팬 입구 전압이 0이므로, 팬의 전압은 출구 전압의 크기와 동일함
동압의 영향으로 팬의 정압은 출구 정압의 크기와 동일하게 나타남

공식: $P_{T1} = 0$ , $P_{S1} = -P_{V1}$ , $P_{TF} = P_{T2} - 0 = P_{T2}$ , $P_{SF} = P_{S2} - 0 = P_{S2}$

3)

팬 출구가 대기에 개방되어 기류가 방출되므로 출구 정압을 대기압(0) 기준으로 산정
출구 정압이 0이므로 출구 전압은 출구 동압의 크기와 동일함
팬 전압은 출구 동압에서 입구 전압을 차감한 값으로 계산됨
팬 정압은 입구 전압의 크기와 같고 부호가 반대인 값으로 나타남

공식: $P_{S2} = 0$ , $P_{T2} = P_{V2}$ , $P_{TF} = P_{V2} - P_{T1}$ , $P_{SF} = 0 - P_{T1} = -P_{T1}$

4)

팬 출구 직후 원뿔형 확대부를 통과하면서 덕트 단면적이 증가하고 유속이 감소함
유속 감소로 인해 동압이 저하되며, 이 저하된 동압의 일부가 정압으로 변환되는 정압 재취득 발생
확대부 통과 과정에서 유체 마찰 및 와류로 인해 전압 손실 발생
확대부 이후의 직관 덕트에서는 다시 마찰 저항에 의해 전압과 정압이 점진적으로 감소함

공식: $P_{V3} < P_{V2}$ , $P_{S3} > P_{S2}$ , $P_{T3} = P_{T2} - \Delta P_{loss}$

AI 작성 답안 개요 · 검수 전 · 채점기준과 기준답안은 공개되지 않습니다. 참고용 개요입니다.

출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)

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