벤투리 관 베르누이 압력 저하 시뮬레이터
파이프 단면 축소에 따른 유속 급증과 정압 감쇄(진공 흡입) 현상을 물리 공식으로 정밀 계산하고 실시간 시뮬레이션합니다.
💡 벤투리 효과와 베르누이 정리 (Venturi Effect & Bernoulli's Law)
유체가 단면적이 좁아지는 관(목 부위)을 통과할 때 질량 보존(연속 방정식)에 의해 유속이 가속되며, 에너지 보존(베르누이 정리)에 따라 유속 증가(동압 상승)만큼 정압이 급감하여 음압(진공 흡입력)이 발생하는 원리를 실시간 시뮬레이션합니다.
📐 핵심 유체역학 공식
연속 방정식: A₁ × v₁ = A₂ × v₂ = Q (체적 유량)
베르누이 정리: P₁ + ½ρv₁² = P₂ + ½ρv₂²
목 정압 산출: P₂ = P₁ - ½ρ(v₂² - v₁²)
⚙️ 시뮬레이션 파라미터 설정
유체 종류, 관 직경, 유입 속도 및 입구 정압을 설정하세요.
선택된 유체의 밀도가 동압 계산에 반영됩니다.
mm
mm
m/s
kPa
🟢 정상 압력차 (안정적 유동)
벤투리 유속 가속비: 9.0배 증속
18.0
m/s
목 정압 P₂: 38.0 kPa (입구 대비 -162.0 kPa 강하)
📊 정압 감쇄 및 진공 흡입 지수
지수 20 (안정적 유동)
정상
흡입
고진공
캐비테이션
목 부위 직경이 60mm에서 20mm로 좁아짐에 따라 유속이 2.0m/s에서 18.0m/s로 9배 증가하며, 베르누이 정리에 의해 목 정압이 200.0kPa에서 38.0kPa로 급감합니다.
목 유속 (v₂)
가속율
18.0 m/s
9.0배 증속
단면적이 1/9로 축소되어 동일 질량 유량을 맞추기 위해 유속이 9배 급증합니다.
목 정압 (P₂)
압력 강하
38.0 kPa
정압 급감
유속 증가에 따른 동압(½ρv²) 상승분이 정압 감소로 변환되어 압력이 급락합니다.
흡입 수두 (h)
흡입 양정
6.46 m H₂O
음압 흡입
대기압과의 압력차로 인해 수직 흡입관을 타고 물을 최고 6.46m 높이까지 흡입할 수 있습니다.
체적 유량 (Q)
관 유량
339.3 L/min
정속 관유량
관 전구간에서 매분 339.3 리터의 유체가 정속 통과합니다.
🎬 2D 벤투리 관 유체 유동 & 피에조미터 수주 시뮬레이션
파이프 내부 입자 가속 및 수직 피에조미터 수두 차이(P₁ vs P₂)를 실시간 관찰하세요.
🔬 실생활 응용 증명 및 원리 연계
분무기 / 캐비테이션 흡입 원리
- 음압 생성: 벤투리 목 부위 수직관 연결 시, 정압 P₂가 대기압보다 낮아져 용기 속 액체를 빨아올립니다.
- 분무 분사: 빨려 올라온 액체가 고속 기류와 부딪히며 미세 입자로 분쇄 분사됩니다.
- 현재 상태: 시뮬레이션 조건에서 물을 최대 6.46m 흡입 가능
비행기 날개(에어포일) 양력 원리
- 날개 상단 가속: 비행기 날개 윗면의 곡면은 공기 유로를 좁혀 벤투리 관 목과 같이 유속을 가속시킵니다.
- 양력(Lift) 발생: 날개 윗면의 정압 감소로 인한 상하 압력차(ΔP)가 거대한 비행기를 밀어올립니다.
- 가상 양력: 단면 1m² 기준 약 162.0 kN의 양력 발생 효과
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💡 자주 묻는 질문 (FAQ)
Q 벤투리 효과(Venturi Effect)란 무엇이며 유속이 빠르면 왜 압력이 낮아지나요?
유체가 좁은 파이프(목 부위)를 지날 때 mass conservation(질량보존의 법칙)에 의해 연속 방정식(A₁v₁ = A₂v₂)을 만족하도록 유속이 급격히 증가합니다. 에너지 보존 법칙인 베르누이 정리(P + ½ρv² = const)에 따라 위치 에너지 변화가 없을 때 유속(v)이 증가하여 동압(½ρv²)이 상승하면 상대적으로 정압(P)이 급감하게 됩니다.
Q 벤투리 관의 정압 감소가 진공 상태나 유체 흡입을 만드는 원리는 무엇인가요?
목(Throat) 부위의 유속이 극도로 빨라지면 정압 P₂가 대기압(101.3 kPa)보다 현저히 낮아져 음압(진공) 상태가 됩니다. 목 부위에 수직 관을 연결하면 대기압이 액체 용기를 눌러 약품이나 물을 수직 관 위로 빨아올리게 되며, 이는 분무기, 카뷰레터, 캐비테이션 주입기의 핵심 동작 원리입니다.
Q 비행기 날개(에어포일)의 양력과 벤투리 효과는 어떤 관련이 있나요?
비행기 날개의 볼록한 윗면을 지나는 공기는 평평한 아랫면보다 유로가 좁아진 벤투리 관의 목 부위와 동일한 유속 증가 효과를 받습니다. 베르누이 정리에 의해 날개 윗면의 공기 압력이 아랫면보다 낮아져 위쪽으로 밀어올리는 양력(Lift Force)이 발생합니다.
Q 캐비테이션(Cavitation, 공동 현상)이란 무엇이며 왜 주의해야 하나요?
유속이 지나치게 빨라져 벤투리 목 부위의 정압 P₂가 해당 온도에서 액체의 증기압(Water: 약 2.3~3.2 kPa) 이하로 떨어지면, 액체가 순간적으로 기화하여 미세 기포가 형성됩니다. 이 기포들이 고압 구역으로 이동하며 붕괴할 때 강한 충격파가 발생하여 파이프나 밸브 침식을 일으키므로 주의해야 합니다.