[소방유체역학] 유체이론-04.유체

 

유체의 정의

- 현저한 유동성을 나타내는 물체를 의미하며, 기체와 액체의 총칭으로서 사용되는 경우도 있다.

유체의 운동을 다루는 분야를 유체역학이라 하는데 여기서 특히 문제가 되는 것은 점성과 압축성이다. 정지하고 있는 유체에는 면에 평행인 접선 변형력(接線變形力)은 작용하지 않고 면에 수직인 압력만 작용한다. 그러나 운동하고 있는 유체에는 점성 때문에 접선 변형력도 작용한다. 이론적으로 간단하게 다루기 위해 점성이 없는 유체를 가정할 경우가 있는데, 이러한 유체를 완전 유체라 한다. 또 압축성은 유체의 열전도율이나 비열 등과 밀접한 관계가 있는데 때로는 압축성이 전혀 없는(따라서 밀도가 변하지 않는) 유체를 생각할 경우가 있으며, 이러한 유체를 비압축성 유체 또는 줄지 않는 유체라 한다.

유체의 분류

• 밀도의변화

1) 압축성 유체 : 압축성이 있는 유체. 일반적으로 기체를 압축성 유체라 한다.
2) 비압축성 유체 : 압력을 주어도 부피가 변하지 않는 유체. 물 따위가 있다.

• 점성유무

1) 이상 유체 : 점성(粘性)이나 압축성이 전혀 없는 완전 유체를 뜻한다.(비점성유체)
2) 실제 유체 : 이상유체와는 상대적인 의미를 가지고 있는 실제유체는 유체가 가지는 점성과 압축성을 동시에 가지고 있는 실질적인 유체를 말한다. (점성유체)

• 전단변형률

1) 뉴턴 유체 :
전단속도의 크기에 관계없이 일정한 점도를 나타내는 유체를 뉴턴(Newton)유체라고 하며, 전단응력과 전단속도의 관계는 원점을 지나는 직선이 된다. 물, 알코올 등의 저분자 액체, 액상유지, 이들의 혼합액체, 저분자 물질의 용액 등 비교적 단순한 조성의 액체가 뉴턴유체의 거동을 나타낸다(→ 뉴턴 유동). 한편,

2) 비뉴턴 유체 :
고분자 용액, 콜로이드 분산계에서는 입자 사이의 상호작용에 의해 형성되어 있던 3차원구조가 흐름에 의해 파괴되어 변하므로 전단응력과 전단속도 사이에 비례관계가 성립하지 않게 된다. 이러한 액체는 비뉴턴유체(non-Newtonian fluid)라고 부른다. 비뉴턴유체에서는 전단응력과 전단속도의 비를 겉보기점도라 한다.

체적탄성계수

- 체적탄성계수bulk modulus와 압축률compressibility은 반비례의 관계에 있다.

체적탄성계수라는 단어의 의미가 모호할 수 있는데, 체적을 줄이기 위해서 어느 정도의 압력이 가해져야 하는지를 나타낸다.

압축률이 압력을 가해서 어느 정도의 체적이 줄어들 수 있는지를 나타내므로 체적탄성계수와 반비례 한다고 볼 수 있다.

체적탄성계수 K와 압축률 β의 관계는 다음과 같다.

 

 

( Δp : 압력의 변화량, ΔV : 체적의 변화량, V : 변화되기 전 원래의 체적)

- 특징
1) 압력의 차원을 가진다.
2) 체적탄성계수가 큰 기체는 압축하기 어렵다.
3) 체적탄성계수의 역수를 압축률이라고 한다.
4) 이산기체를 등온압축 시킬때, 체적탄성계수는 절대압력과 같은 값이다.

 

압축률

1) 밀도와 압축률의 곱 = 압력에 대한 밀도의 변화율
2) 압축률이 크다는 것은 같은 압력변화를 가할 때 압축이 용이하다.

 

음속

- 유체 내 교란에 의해 생기는 압력파의 전파속도