유체역학 펌핑시스템 설계

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새로 구입한 집의 우물에서 물을 펌핑하여 2층에 있는 목욕조에 물을 공급하려고 한다. 시스템을 다음 그림과 같이 스케치 하였다. 욕조의 물은 유량이 80 L/min으로 유지하려 한다. 경제성을 고려하여 펌핑시스템을 설계하라. 필요에 의하여 다음 그래프를 사용할 수 있다.

힌트
1. 파이프의 재질 (종류) 선택:
배관용 파이프 (PVC, Carbon steel, Stainless stell 등)의 파이프의 재질별 특성을 비교한 후 조에서 한가지를 결정함. 아래는 탄소강 파이프를 선택한 경우.

파이프의 직경 선택:
KS규격(오른쪽 표)에 따라 파이프의 직경을 설정하고, 파이프의 직경과 펌프의 동력을 비교하여 최적의 효율을 갖는 직경을 구하면 다음과같다.
펌프의 동력을 계산하기 위해 먼저 부피유량(V)를 질량유량(m_s)와 선속도(v)로 바꿔준다.

위에서 계산한 식들을 사용하여 최적의 직경을 찾기 위해 엑셀을 사용하면 아래와 같이 파이프의 직경이 커질수록 펌프의 동력은 줄어드는 것을 알 수 있다. 하지만 파이프 직경이 0.0276m 이상인 부분에서의 펌프 동력은 매우 비슷한 수치를 나타내는 것을 볼 수 있다. (본 힌트자료에서는 표만 나타내었지만 그래프를 조별로 작성해보시오). 임의로 탄소강 파이프의 직경을 0.0276m로 정하여 경제적 측면을 고려하면 다음과 같다.

3. 경제성 고려:
펌프가격: 인터넷 검색 등을 통하여 얻은 펌프 가격을 계산에 사용할 수 있다 (예: $50).

참고 자료

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