속도수두 계산기

계산 입력

유속 (m/s)

중력가속도 (m/s²)

결과

속도수두

0.4587

미터 (유체 기둥 높이, m)

유속	3 m/s
중력가속도	9.81 m/s²
공식	hv = v² / (2g)

속도수두란?

속도수두(velocity head)는 유체가 가진 전체 에너지 중에서 운동에 의해 생기는 부분을, 유체 기둥의 높이로 환산해 나타낸 값입니다. 베르누이 방정식을 이루는 세 가지 항—압력수두, 위치수두와 함께—중 하나죠. 속도수두는 흐름이 가진 에너지 가운데 운동에너지가 얼마나 되는지를 알려 주기 때문에, 배관 구경을 산정하거나 펌프 계통을 분석하고, 크고 작은 수두손실을 추정할 때 꼭 필요한 개념입니다.

속도수두는 움직이는 유체의 운동 에너지를 등가 기둥 높이로 나타낸 것입니다.

계산기 사용 방법

유체의 유속을 미터/초(m/s) 단위로 입력하고, 중력가속도(지구에서는 기본값 9.81 m/s²)를 함께 입력하세요. 그러면 속도수두가 유체 기둥의 높이(미터) 단위로 즉시 계산됩니다. 속도수두는 유속과 중력가속도만으로 결정되므로, 그 결과는 유체의 밀도와는 무관합니다.

공식 풀이

속도수두를 구하는 식은 다음과 같습니다.

$$h_v = \frac{\text{Velocity}^{2}}{2 \cdot \text{Gravity}}$$

여기서 v는 평균 유속, g는 중력가속도입니다. 유속이 제곱으로 들어가기 때문에 흐름이 빨라질수록 수두가 급격히 커집니다. 즉, 유속이 2배가 되면 속도수두는 4배로 늘어납니다. 분모의 \(2g\)는 단위 무게당 운동에너지를 길이 단위로 환산해 주는 역할을 합니다.

베르누이 방정식에서 전수두는 위치수두, 압력수두, 속도수두의 합입니다.

계산 예시

지구(\(g = 9.81 \text{ m/s}^2\))에서 물이 배관 속을 3 m/s로 흐른다고 해 봅시다. 그러면 $$h_v = \frac{3^{2}}{2 \times 9.81} = \frac{9}{19.62} = 0.4587 \text{ m}$$ 가 됩니다. 흐르는 물은 높이 0.46 m짜리 유체 기둥에 해당하는 운동에너지를 지니고 있다는 뜻입니다.

자주 묻는 질문

유체 종류에 따라 속도수두가 달라지나요? 아닙니다. 속도수두는 유속과 중력가속도에만 좌우되므로, 같은 속도라면 물이든 기름이든 공기든 각자의 유체 기둥 높이(미터) 기준으로 동일한 속도수두를 갖습니다.

결과는 어떤 단위로 나오나요? 유속을 m/s, g를 m/s²로 입력하면 유체 기둥의 높이가 미터(m)로 나옵니다. 미국식 단위(US units)를 쓴다면 ft/s와 32.174 ft/s²를 사용해 피트(feet) 단위로 구하면 됩니다.

속도수두는 왜 중요한가요? 베르누이 방정식에 쓰이며, 부속품(피팅)이나 밸브 등에서 생기는 미소손실을 계산할 때도 활용됩니다. 이런 손실은 보통 손실계수에 속도수두를 곱한 값으로 표현됩니다.