유체의 기본 성질

소방시설관리사 유체역학 – 유체의 기본 성질 완벽정리

1. 밀도 (Density)

유체의 단위 부피당 질량. 얼마나 ‘꽉 찬’ 유체인지 나타냅니다.

ρ = m / V

단위: kg/m³

예시: 물의 밀도 = 1,000 kg/m³

💡 소방 적용: 펌프 설계, 저장탱크 용량 계산 등에서 기본 값으로 자주 사용됩니다.

2. 비중량 (Specific Weight)

중력까지 고려한 단위 부피당 무게입니다.

γ = ρ × g

단위: N/m³

예시: 물의 비중량 = 9.8 × 10³ N/m³

💡 소방 적용: 압력 계산식 P = γ × h 에 필수 요소입니다.

3. 점성 (Viscosity)

유체가 흐르면서 생기는 내부 마찰 저항. ‘끈적임’ 정도입니다.

τ = μ × (du/dy)

단위: Pa·s

예시: 물은 점성이 낮아 잘 흐르고, 꿀은 점성이 높아 천천히 흐릅니다.

💡 주의: 점성이 높을수록 관 내부 마찰 손실이 증가해 동일 압력에서도 분사 속도는 느려지고 도달 거리는 짧아집니다.

4. 압축성 (Compressibility)

유체가 압력에 의해 얼마나 부피를 줄일 수 있는지를 나타냅니다.

• 물의 체적탄성계수(K): 약 2.2 × 10⁹ Pa → 거의 압축 안 됨
• 공기의 K: 약 1.01 × 10⁵ Pa → 압축 잘 됨

💡 소방 적용: 가스계 소화설비(이산화탄소 등)는 압축성을 고려한 설계가 필요합니다.

5. 표면장력 (Surface Tension)

액체가 자신을 구형으로 만들며 표면을 최소화하려는 힘입니다.

σ = F / l

또는 σ = F / (2πr)

단위: N/m

예시: 물방울이 둥글게 맺히는 현상, 미세 노즐에서 작은 입자가 형성되는 원리

💡 소방 적용: 미세 물분무 설비에서 입자 크기와 분사 성능에 영향을 줍니다.

6. 뉴턴 유체 vs 비뉴턴 유체

✔ 뉴턴 유체 (Newtonian Fluid)

• 점성계수(μ)가 일정
• 전단응력은 속도 변화율에 비례
• 공식: τ = μ × (du/dy)
• 예시: 물, 공기, 소화수

✔ 비뉴턴 유체 (Non-Newtonian Fluid)

• 점성계수가 일정하지 않음
• 전단응력-속도 변화율이 선형적이지 않음
• 공식 적용 불가
• 예시: 폼소화약제, 고분자 용액

📌 실생활 예시: 소화수 점성과 분사 거리

소화수는 점성이 낮기 때문에 관 마찰이 적고 멀리 퍼질 수 있습니다.

반대로 점성이 높은 유체는 분사 도달 거리가 짧아지며 노즐 압력이 상대적으로 높아질 수 있습니다.

📋 요약 정리표

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