베르누이 원리(Bernoulli's Principle)

베르누이 원리(Bernoulli's Principle)

베르누이 원리는 단면이 다른 관 속에 흐르는 액체의 운동을 설명할 때 이용되었다. 그림에 나타낸 것과 같은 관이 있다. 이런 방법으로 제작된 관을 벤투리관(venturi tube)이라고 하는데 수축/발산형의 덕트로 구성되어 있다. 유체가 벤투리관에 흐를 때, A,B,C 지점의 계기는 액체의 속력과 정압을 기록하기 위해 장착하였다.

그림으로 베르누이 원리를 설명할 수 있는데, 액체 또는 기체의 정압은 유체의 속력이 증가하는 곳에서 감소한다. 물론 유체에 어떠한 에너지가 추가되거나 감소되지 않았음을 가정한 상태이다. 공기의 속력은 운동에너지이며, 공기의 정압은 위치에너지이다.

지점 A와 지점 C의 벤투리 단면이 큰 속에서는 액체가 저속으로 움직이므로 이 두 곳에서는 높은 정압이 발생한다. 중앙에서 단면은 작아지지만 양쪽 끝부분에서 액체의 체적은 같아야 한다. 따라서 이러한 좁은 부분에서는 액체가 더 고속으로 움직이며 지점 B의 압력은 지점 A 또는 지점 C에서의 압력보다 낮다.

벤투리 원리를 적용한 좋은 예는 플로트 형태 기화기이다. 공기가 엔진으로 향하는 도중 기화기를 통과하여 흘러갈 때, 정압이 감소하는 벤투리를 통과한다. 기화기에 있는 더 고압의 연료는 더 저압의 벤투리 영역 안으로 흘러가며 공기와 혼합된다.

베르누이의 원리는 일부 시스템이 어떻게 항공기에 적용되는지, 비행기의 날개가 어떻게 양력을 발생시키는지, 또는 아음속 비행기의 터빈엔진의 입력 덕트가 왜 발산형인지를 이해하는 데 대단히 중요하다. 천천히 움직이는 비행기의 날개는 휘어진 상단표면과 상대적으로 평평한 바닥면을 갖는다. 휘어진 상단표면은 벤투리의 수축형 중앙부 절반과 같이 작용한다.

공기가 날개의 위쪽을 흘러갈 때, 공기는 속도가 증가하고 정압은 감소한다. 날개의 아래쪽에 정압은 위쪽에 압력보다 커지게 되고, 이러한 압력 차이는 날개에서 양력을 발생시킨다.