게시판 > 질답게시판 > Fired Heater의 Draft Profile에 대한 질문

스테파노 Stefano

15-05-13 15:44

(1) 압력 프로파일
압력 프로파일을 꺾은금으로 나타내는 5개의 직선구간들의 연결점들은 6개가 되는데 이를 굴뚝 끝으로부터 번호를 부여한다면 1, 2, 3,4,5,6 으로 부여할 수 있습니다. 각 구간별로 압력 프로파일이 나타는 이유를 설명합니다.

대기압~1구간...Stack Tip에서의 End Loss (운동에너지 손실에 의한 압력손실)
1~2구간...Stack에서의 Stack Effect (대기와 연소가스간의 밀도차에 높이를 곱한 정압차 및 굴뚝내 Gas 흐름에 의한 압력손실 효과에 의한 복합효과)
2~3구간...Flue Gas Damper에 의한 압력손실
3~4구간...Convection Section 상부에서의 Stack Effect (압력손실효과 포함)
4~5구간...Convection & Transition Section에서의 압력손실
5~6구간...Radiation Section에서의 Stack Effect

(2) Buoyancy Effect
Flue Gas의 온도가 높아서 Heater의 같은 위치에서의 대기압 보다도 낮은 압력을 나타내게 되는데 이는 바로 부력효과가 있음을 의미합니다. 중력장이 걸려있는 곳에서 유체의 기둥이 나타내는 압력은 유체의 밀도와 높이를 곱한 값으로부터 구할 수 있는데 이는 베르뉴이 법칙이 아니라 알키메데스의 원리와 Pascal의 법칙에 의한 것입니다.

알키메데스의 원리는 고밀도 유체내에 들어있는 저밀도 유체의 "부력"은 밀도차와 부피를 곱한 갓으로 계산(Fb = (Δρ*V)*g된다는 것이고 중력장 내에서 유체내의 압력은 밀도와 깊이에 의해 계산(Ps=ρ*g*h)된다는 것인데 후자는 바로 "정압"을 의미합니다.

(3) "압력이 낮아지는 부분"
이 말은 (절대압력을 말하는지, 진공도를 의미하는 것인지에 따라) 이 경우에 좀 혼동스러운데 이를 "압력손실이 일어나는 부분"이라고 해석 한다면 이는 Damper, Convection Coil, Stack 입구(Inlet) 부분에서의 Draft 효과가 떨어지는 효과를 나타내는 것이고,

만일 이를 "Stack Effect"라고 해석 한다면 이는 Stack부분, Convection 상부부분, Radiation 부분, 등에서 상부로 유체가 흘러가는 방향일 때 나타나는 "굴뚝효과"를 말합니다.

Stack Effect 는 (공기보다 밀도가 낮은 연도가스) 유체가 주로 빈공간을 흘러서 상부로 올라갈 때 나타나는 효과이기 때문에 그 부분의 맨 하단에서 (절대)압력이 가장 낮고 올라갈수록 (절대)압력이 높습니다. 이 효과는 앞선 Graph의 Slash("/") 형태로 기울기로 그려져 있는부분 (1~2, 3~4, 5~6 구간)에서 나타납니다.

답변이 되었는지 궁금합니다.

(1) 압력 프로파일
압력 프로파일을 꺾은금으로 나타내는 5개의 직선구간들의 연결점들은 6개가 되는데 이를 굴뚝 끝으로부터 번호를 부여한다면 1, 2, 3,4,5,6 으로 부여할 수 있습니다.  각 구간별로 압력 프로파일이 나타는 이유를 설명합니다.

대기압~1구간...Stack Tip에서의 End Loss (운동에너지 손실에 의한 압력손실)  
1~2구간...Stack에서의 Stack Effect (대기와 연소가스간의 밀도차에 높이를 곱한 정압차 및  굴뚝내 Gas 흐름에 의한 압력손실 효과에 의한 복합효과)
2~3구간...Flue Gas Damper에 의한 압력손실
3~4구간...Convection Section 상부에서의 Stack Effect (압력손실효과 포함)
4~5구간...Convection & Transition Section에서의 압력손실  
5~6구간...Radiation Section에서의 Stack Effect

(2) Buoyancy Effect
Flue Gas의 온도가 높아서 Heater의 같은 위치에서의 대기압 보다도 낮은 압력을 나타내게 되는데 이는 바로 부력효과가 있음을 의미합니다.   중력장이 걸려있는 곳에서 유체의 기둥이 나타내는 압력은 유체의 밀도와 높이를 곱한 값으로부터 구할 수 있는데 이는 베르뉴이 법칙이 아니라 알키메데스의 원리와 Pascal의 법칙에 의한 것입니다.

알키메데스의 원리는 고밀도 유체내에 들어있는 저밀도 유체의 "부력"은 밀도차와 부피를 곱한 갓으로 계산(Fb = (Δρ*V)*g된다는 것이고 중력장 내에서 유체내의 압력은 밀도와 깊이에 의해 계산(Ps=ρ*g*h)된다는 것인데 후자는 바로 "정압"을 의미합니다.

(3) "압력이 낮아지는 부분"
이 말은 (절대압력을 말하는지, 진공도를 의미하는 것인지에 따라) 이 경우에 좀 혼동스러운데 이를 "압력손실이 일어나는 부분"이라고 해석 한다면 이는 Damper, Convection Coil, Stack 입구(Inlet) 부분에서의 Draft 효과가 떨어지는 효과를 나타내는 것이고,

만일 이를 "Stack Effect"라고 해석 한다면 이는 Stack부분, Convection 상부부분, Radiation 부분, 등에서 상부로 유체가 흘러가는 방향일 때 나타나는 "굴뚝효과"를 말합니다.

Stack Effect 는 (공기보다 밀도가 낮은 연도가스) 유체가 주로 빈공간을 흘러서 상부로 올라갈 때 나타나는 효과이기 때문에 그 부분의 맨 하단에서 (절대)압력이 가장 낮고 올라갈수록 (절대)압력이 높습니다.  이 효과는 앞선 Graph의 Slash("/") 형태로 기울기로 그려져 있는부분 (1~2, 3~4, 5~6 구간)에서 나타납니다.

답변이 되었는지 궁금합니다.

realize realize7102

15-05-13 19:09

답변 감사합니다 스테파노님. 이해가 부족한 부분이 있어 추가적으로 질문을 드리고 싶습니다.

1) 부력을 설명해주신 부분(2) 에서 말씀하신 아르키메데스의 원리는 Fb = (Δρ*V)*g 로 나타나고, 밑줄에서 말씀하신 식 Ps=ρ*g*h 는 Pascal의 원리를 말씀해주신 것이 맞나요? 그렇다면 혹시 위의 압력 프로파일의 5~6구간에서 위로 올라갈수록 압력이 높아지는 현상을 "위로 올라갈수록 Flue Gas의 밀도(ρ)가 높아지고(온도가 상승하므로), 유체내에서의 깊이(h)가 얕아지기 때문에 압력이 높아진다" 라고 생각을 해도 되는것인지 궁금합니다.

2) 압력이 낮아지는 부분에 대해서 설명해주신 부분은 생각했던 부분을 정확히 짚어주셨습니다. 그런데 제 지식이 부족해서 인지 명확하게 이해가 되지 않는 부분이 있습니다. 질문이 명확할지는 모르겠지만 제가 궁금한 것은 Flue Gas가 Stack Effect로 위로 흘러가는 것은 밀도차에 의한 부력이 Driving Force가 된다고 이해했습니다. 유체가 위로 흘러가기 때문에 압력이 높아지는 것인지, 압력이 낮기 때문에 높은곳으로 가는 것인지, 아니면 압력과 유체의 흐름을 연결해서 생각하는 것 자체가 잘못된 것인지 명확하지가 않습니다..

항상 파이프에서 흐르는 유체만을 생각해오다 다른 쪽을 생각하려니 머리가 잘 돌아가지 않네요.. 다른 개념으로만 이해하려고 하는데 자꾸 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는것이 자연스럽다는 고정관념이 생각을 방해하네요..
염치 없이 한번더 자세한 설명 부탁드립니다..

스테파노 Stefano

15-05-13 19:40

A1) 압축성 기체라고 하여도 높이(깊이)가 깊지 않다면 밀도는 높이(깊이)에 따라 크게 변함이 없습니다. 대신 깊이가 얕아질수록 압력이 정압은 낮아지는 것이지요. Stack Effect가 낮을 때 이를 크게하기 위해 굴뚝높이를 높이는 이유가 바로 이것입니다.

(기상 항공학등에서 취급하는 대기층 ~성층권의 경우처럼 높이가 아주 큰 경우에는 높이와 온도에 따라 밀도도 함께 압력이 변하기 때문에 밀도도 그에따라 변하는 것으로 계산합니다. 굴뚝 계산에서는 높이에 따른 밀도변화는 무시하고 온도변화만 고려합니다.)

A2) 유체의 흐름
질문을 인용하면..<유체가 위로 흘러가기 때문에 압력이 높아지는 것인지, 압력이 낮기 때문에 높은곳으로 가는 것인지, 아니면 압력과 유체의 흐름을 연결해서 생각하는 것 자체가 잘못된 것인지 명확하지가 않습니다..>

어렵게 생각할 필요없이 유체의 흐름은 반드시 (절대)압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로만 흘러간다고 이해하면 됩니다. 만일 압력이 같은 경우라고 하면 정압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르게 되어 있습니다. 같은 대기압에서 시냇물이 흐르는 이유는 정압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르기 때문입니다. 압력도 같고 정압도 같다고 하면 운동에너지가 큰 곳에서 작은 곳으로 흘러갑니다. 물속의 압력과 정압이 같은 곳에 있던 꼴뚜기가 물을 뿜어 분사하면 물은 높은 운동에너지로 배출되어 흘러가면서 꼴뚜기는 그 힘의 반작용으로 앞으로 이동합니다. 결국 유체의 흐름은 베르뉴이 원리에 의해 에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흘러간다고 이해하면 될 것입니다.

3) 굴뚝내에서의 압력프로파일만 그려놓고 생각하면 혼동스럽지만 (운동에너지는 무시하고 시스템압 및 정압의 합으로 나타나는)전체압력이 큰 쪽에서 작은 쪽으로 흘러가고 있다고 이해하면 됩니다.

4) 앞선 글에서 자세한 설명은 생략하였지만 또 한가지 눈여겨 볼 사항은.. 유체가 도관을 흐르고 있다면 반드시 관벽에서의 마찰로 인하여 에너지 손실이 일어난다는 것입니다. 이때 유체 단위질량당 에너지의 손실은 압력차*(비용적)으로 계산됩니다. (앞선 그림에서 각 구간별 유체의 흐름 프로파일에서 압력손실이 이미 포함되어 있습니다.)

A1) 압축성 기체라고 하여도 높이(깊이)가 깊지 않다면 밀도는 높이(깊이)에 따라 크게 변함이 없습니다.  대신 깊이가 얕아질수록 압력이 정압은 낮아지는 것이지요.  Stack Effect가 낮을 때 이를 크게하기 위해 굴뚝높이를 높이는 이유가 바로 이것입니다.

(기상 항공학등에서 취급하는 대기층 ~성층권의 경우처럼 높이가 아주 큰 경우에는 높이와 온도에 따라 밀도도 함께 압력이 변하기 때문에 밀도도 그에따라 변하는 것으로 계산합니다. 굴뚝 계산에서는 높이에 따른 밀도변화는 무시하고 온도변화만 고려합니다.)

A2) 유체의 흐름
질문을 인용하면..<유체가 위로 흘러가기 때문에 압력이 높아지는 것인지, 압력이 낮기 때문에 높은곳으로 가는 것인지, 아니면 압력과 유체의 흐름을 연결해서 생각하는 것 자체가 잘못된 것인지 명확하지가 않습니다..>

어렵게 생각할 필요없이 유체의 흐름은 반드시 (절대)압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로만 흘러간다고 이해하면 됩니다.  만일 압력이 같은 경우라고 하면 정압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르게 되어 있습니다.   같은 대기압에서 시냇물이 흐르는 이유는 정압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르기 때문입니다.  압력도 같고 정압도 같다고 하면 운동에너지가 큰 곳에서 작은 곳으로 흘러갑니다.  물속의 압력과 정압이 같은 곳에 있던 꼴뚜기가 물을 뿜어 분사하면 물은 높은 운동에너지로 배출되어 흘러가면서 꼴뚜기는 그 힘의 반작용으로 앞으로 이동합니다.  결국 유체의 흐름은 베르뉴이 원리에 의해 에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흘러간다고 이해하면 될 것입니다.

3) 굴뚝내에서의 압력프로파일만 그려놓고 생각하면 혼동스럽지만 (운동에너지는 무시하고 시스템압 및 정압의 합으로 나타나는)전체압력이 큰 쪽에서 작은 쪽으로 흘러가고 있다고 이해하면 됩니다.

4) 앞선 글에서 자세한 설명은 생략하였지만 또 한가지 눈여겨 볼 사항은.. 유체가 도관을 흐르고 있다면 반드시 관벽에서의 마찰로 인하여 에너지 손실이 일어난다는 것입니다.   이때 유체 단위질량당 에너지의 손실은 압력차*(비용적)으로 계산됩니다.   (앞선 그림에서 각 구간별 유체의 흐름 프로파일에서 압력손실이 이미 포함되어 있습니다.)

realize realize7102

15-05-13 23:09

아.... 정말 감사합니다. 스테파노님 덕분에 막혔던 부분이 풀렸습니다.
다시 한번 감사드립니다. 좋은 밤 되세요~!