수리학실험 레포트(레이놀즈수 측정 실험)인하대학교

소개글

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목차

1. 실험목적
2. 실험장치
3. 이론
4. 실험절차
5. 참고문헌

본문내용

유량조절 밸브 ⑧을 서서히 열어 유량을 변화시키면서 흐름의 상태를 관찰한다(층류, 난류, 천이상태를 본다)
9. 유량의 측정은 메스플라스크를 놓고 흘러 떨어지는 물을 받아서 유량을 정하고 동시에 초시계로 유출 시간을 측정한다.
10. 측정이 끝나면 급수 밸브 ①을 닫고 잉크 주입 콕 ③을 잠근다.
11. 배수 밸브 ⑦을 열어 수조 중에 있는 물을 배수시킨다.
- 주의사항
1) 실험관로를 통한 유출량이 급수량 보다 지나치게 많거나 적으면 월류관이 제 기능을 발휘하지 못하여 실험 탱크 내의 수위가 일정하게 유지되지 않는다. 따라서 실험관로를 통한 유량이 달라질 수 있으므로 유출량에 따라서 급수량을 적당히 조절한다.
2) 실험관로 내의 유량이 너무 급히 변하지 않도록 유량조절 밸브의 작동을 조금씩 조절한다.
3) 착색액을 넣은 병의 마개를 막아두어 실험관내 흐름보다 크게 착색액이 흘러들어 가지 않도록 한다.
4) 펌프 작동 시 탱크에 물을 채워놓고 가동시킨다. (공회전에 인한 공동화현상을 방지)
5) 잉크 사용 시 유체의 흐름 모양 관찰 시에만 잉크를 흘려보낸다.
(실험이 반복됨에 따라 잉크색으로 인해 유체흐름의 상태를 관찰하는데 좋지 않게 되므로)
6) 전원에 물이 튀지 않게 한다. (감전우려가 있다.)
5. 참고문헌
- 기초 수리학 / 형설출판사 / 정상옥
- 수리학 / 청문각 / 윤용남
- 기초수리학 실험 / 청문각 / 윤용남
- 단위조작실험 / 경남대학교출판부 / 김학준
- 수리실험을 통한 수리학의 이해 / 도서출판 / 이정렬
수리실험 결과보고서
1. 실험 DATA
번호
물의체적(l)
t (sec)
Q (m3/s)
수온 (℃)
동점성계수(m2/s)
Re
흐름분류
1
0.4
18.71
2.138×10-5
14℃
1.172×10-6
1080
층류
색소선의 스케치
2
0.6
12.25
4.898×10-5
14℃
1.172×10-6
2475
천이영역
색소선의 스케치
3
0.6
11.81
5.080×10-5
14℃
1.172×10-6
2567
천이영역
색소선의 스케치
4
0.8
13.34
5.997×10-5
14℃
1.172×10-6
3030
천이영역
색소선의 스케치
5
0.7
9.91
7.064×10-5
14℃
1.172×10-6
3569
천이영역
색소선의 스케치
6
0.6
8.0
7.500×10-5
14℃
1.172×10-6
3790
천이영역
색소선의 스케치
7
0.8
8.29
9.650×10-5
14℃
1.172×10-6
4876
난류
색소선의 스케치
2. 결 론
※ 주의사항 : ① 색소선 스케치는 펜을 써서 직접 그릴 것.
② 2.결 론 에서는 실험결과에 대하여 다른 자료 혹은 문헌과 비교해 보고 자신의 의견을 적는다.
유량의 계산
1번 실험 2.138×10-5
2번 실험 4.898×10-5
3번 실험 5.080×10-5
4번 실험 5.997×10-5
5번 실험 7.064×10-5
6번 실험 7.500×10-5
7번 실험 9.650×10-5
(단위: m3/s)
속도의 계산
V= (D=21.5mm=0.0215m)
1번 실험 5.889×10-2
2번 실험 1.349×10-1
3번 실험 1.399×10-1
4번 실험 1.652×10-1
5번 실험 1.946×10-1
6번 실험 2.066×10-1
7번 실험 2.658×10-1
(단위: m/s)
레이놀즈수의 계산
1번 실험 1080
2번 실험 2475
3번 실험 2567
4번 실험 3030
5번 실험 3569
6번 실험 3790
7번 실험 4876
실제 유체의 유동은 점성유동으로 이상유체의 비점성유동보다 복잡하고 문제해결이 어렵다. 이러한 점성유동은 층류, 천이, 난류로 구분된다. 본 실험은 저수조의 수조를 일정하게 유지하면서 관내의 유체의 유동상태와 레이놀즈수와의 관계를 이해하고 층류와 난류의 개념을 이해하며, 유속이 작을 때는 착색은 직선으로 흐르지만 유속이 점차 크게 되면 착색액의 유맥선은 상하 전후로 흐트러지기 시작한다. 이때의 유량을 측정하고 유속을 더 증가시키면 착색액은 분명한 선이 되지 않고 흐트러져 난류상태가 되었을 때의 유량도 측정하고 레이놀즈수를 산출하고자 한다.
1번 실험은 층류(Laminar flow, [Re ≤ 2100])로 유체의 질서 정연한 흐름이고 난류와 대비된다. 파이프에 잉크의 흐름의 상태를 관측하면 유속에 따라 레이놀즈수가 작을 때에는 색줄이 직선으로 되고, 물의 각 부분이 파이프 벽에 평형으로 움직이며 서로 섞이지 않는 흐름을 볼 수 있었다.
7번 실험은 난류(Turbulent flow, [Re ≥ 4000])로 물감줄기가 파형이 되고 점점 없어져서 마침내 물이 흐르는 단면 전체에 퍼진다. 이러한 물감의 이동으로부터 물이 더 이상 층류로 흐르지 않고 교차혼합 흐름 및 소용돌이를 이루며 흐른다는 것을 알 수 있다.
그리고 이들의 중간 형태인 2~6번 실험은 천이영역([ 2100 < Re < 4000 ])으로 층류와 난류가 공존하는 영역으로 나타났다.
이번 실험은 잉크의 흐름과 유량, 유속을 통하여 층류와 난류를 이해하고 그 흐르는 모양을 관찰하여 유동에 대한 유동 역학적 근사성을 이해하는데 그 목적이 있었다. 실제로 우리 조는 1-7단계로 유속의 흐름을 점차 증가시키면서, 유속이 다를 때 잉크의 흐르는 모양을 관찰하였다. 유속이 충분히 느린 단계에서는 잉크가 관축과 평행하게 서로 섞이지 않고 미끄러지듯이 움직였으며, 단계가 올라갈수록 유속이 빨라지자 층류와는 달리 잉크가 불규칙하게 섞이면서 흐르는 모양을 나타내었다.
이론적으로는 레이놀즈수 Re<2100 이면 층류 형태를 보이고, 2100을 기점으로 하여 그 이상에서는 천이영역을 거쳐 Re<4000 이면 난류의 형태를 보인다. 만약 실험 시 실제로 온도를 측정하여 온도에 맞는 동점성계수를 확인하고, 수조의 수위를 일정하게 유지하여 동일한 수압을 유지시켜주었다면 더욱 좋은 실험 결과를 얻었을 것이라 생각한다. 모든 조원들이 열의를 가지고 실험에 임하여 좋은 결과를 얻은 것 같다.
3. 참고문헌
○ 기초 수리학 / 형설출판사 / 정상옥
○ 수리학 / 청문각 / 윤용남
○ 기초수리학 실험 / 청문각 / 윤용남
○ 수리학 실험 강의자료

키워드

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