유체공학실험 - 베르누이실험 장치

소개글

유체공학실험 - 베르누이실험 장치에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

와 연결된 비닐호스에 공기가 있는지 확인하여 공기를 배출시킨다.
③ 유량을 측정하기 위한 저울과 초시계를 준비한다.
측정: 관로 입구에 있는 밸브를 완전히 열고 잠그면서 마노메터에 의한 각 점의 압력과 저울에 의한 유량 변화를 측정하고 유량을 증가시키며 반복한다.
5. 실험 결과값 및 그래프
(1) 유량을 액주계가 부착된 지점의 유로단면적으로 나누어 각 지점의 평균유속을 구하고, 이로부터 동압수두 을 계산하라.
(2) 측정된 정압수두 와 계산된 동압 수두 을 이용하여 에너지선 (E.L), 수력기울기선(H.G.L)및 에너지 손실수두를 그래프 상에 표시하라.
(3) 와 동압수두 을 목에서의 동압수두 으로 나누어 무차원화시키고, 이것을 이용하여 무차원화된 에너지 선과 수력 기울기선을 그래프 상에 표시하고 (2)에서 구한 것과
비교하여 무차원화의 중요성을 생각해 보라.
(4) 그래프 상에 표시되는 에너지 손실수두를 이용하여 관 입구에서의 부차적인 손실수 두 을 구하고, 이로부터 주어진 사각관 입구에서의 손실계수 을 추정하라.
이 결과에 대한 답을 표와 그래프로 아래에 나타내었다.
6. 실험 결론 및 고찰
우리가 유체역학에서 배운 베르누이 방정식에 대한 실험을 하였다.
유체가 실험 장치에 관을 통과할 때 발생하는 역학적 에너지들의 손실을 알 수 있는 실험 이었다. 관의 단면이(d1:28.4mm,d2:22.5mm,d3:14mm,d4:17.2,d5:24.2,d6=d1)작아질수록 정압수두는 낮아지고 이에 반해 커질수록 정압수두는 낮아짐을 볼수있었다. 하지만 속도수두는 단면이 작아질수록 커지고 단면이 커질수록 속도수두의 값은 낮게 나오는 것을 볼수있었다. 그래서 베르누이의 방정식이 계속 일정한 값을 유지할수 있는 것 같다. 작은 오차는 손실수두로 계산하여 단면이 같은 1단면과 6단면도 손실수두 때문에 약간의 차이를 보이고 있었다. 하지만 실험의 오류인지는 몰라도 손실수두가 부호가 다른 값이 나오는 것을 볼수있었다. 이부분은 더 공부를 해봐야겠지만 일단은 실험상 오차일것이라 생각하고 손실수두에 대해 다시 더 알아봐야할 것 이라 생각하였다. 여기서 손실수두, 에너지선은 물이 이동할 때 물의 점성에 의해서도 역학적 에너지 손실이 발생한다. 따라서 전수두 H는 감소한다. 이렇게 유체가 관을 이동함에따라 압력이 변화하면서 속도가 변하므로 이에따른 베르누이 방정식을 실험을 통해서도 같이 비슷하게 일치한다는 것을 알수 있었다.
이렇게 실험을 하는데에 우리가 배운 베르누이 방정식과 정확하게 일치하지는 않는 것을 알 수 있었는데, 이것은 실험을 할때 오차가 발생하였다는 것이다. 이러한 오차의 이유로는 첫 번째로 물의 높이가 일정하게 유지되도록 해야 했었는데 그것이 잘 맞추어 지지 않아 조금씩 올라가거나 낮아져서 이에 따른 액주계의 높이를 측정해서 오차가 생겼고, 그리고 측정값을 읽을때도 눈으로만 읽었기 때문에 정확한 값이라고는 할 수 없었다. 그래도 유량을 측정할땐 시간을 일정하게 하는 것 보다는 일정한 물의 무게를 두고 시간을 재서 유량을 재었더니 어느정도 계산도 수월하였으며 실험결과를 보아 나름대로 거의 근사한 값을 갖게된 원인이 되지않았나 생각된다.
그리고 실험장치에서 물이 관을 통과 할때에 단면적이 가장좁은 3단면 구간을 지날때에는 갑자기 다시 단면적이 넓어지므로 유속이 가장 빨랐다가 다시 감소하는데 이때 속도가 느려지므로 뒤에서 물이 앞으로 밀어내려하는 현상 때문에 와류(유동박리)현상이 일어난다. 와류현상은 물이 회전하며 소용돌이를 치는 현상이다. 이때 물이 똑바로 흐르지 못하므로 마찰과 같은 현상으로 손실이 발생하기 때문에 이번 실험에서 오차가 많이 발생한 것으로 보인다.
물론 실험에는 오차가 발생하기 마련이지만 이번 실험은 어느정도 결과도 만족스럽고 다만 아쉬운게 있다면 손실수두 측면에서는 부호가 다른 것이 약간 의문이어서 아쉽기도 하다. 아무튼 베르누이의 정리를 기반으로 한 실험은 완벽하게 이론적으로 딱맞아 떨어지는 실험은 아니었지만
비슷한 결과를 도출한 것 같아 뿌듯했으며 지금껏 해왔던 실험중에서 가장 재미있었던 실험이 아니었나 생각된다.
7. 참고 문헌
1) 유체역학, Bruce R. Munson 외, 청문각
2) domd.yc.ac.kr/kjkyum/html/hydtxt/hydppt/hyd_1.ppt
3) icpr.or.kr/file/education/note_pdf/15.pdf
4) 쉽게 배우는 유체역학, DONALDO F. YOUNG 외, 홍릉과학
출판사

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