6.와류 예비+결과보고서

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6.와류 예비+결과보고서에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

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상대오차(%)
46.14
7.91
23.29
53.99
3.53
23.29
3. 결과 분석
- 실험이전에 이론적으로 높이차: , 압력차: , 상승체적:
→ 의 차이를 예상할 수 있었다.
- 높이차의 경우 이론값과 실험값의 약간의 오차는 있지만, 그래프로 전체적인 경향성을 보았을 때 경향성이 거의 일치하는 것을 알 수 있었다.
- 상승체적 또한 실험값에서의 계산에서도 추세선을 이용해 그 값을 구할 수 있었으며 rpm이 증
가할수록, r이 증가할수록 더 커짐을 확인할 수 있었다.
- 압력차의 경우 이론적으로는 중심에서 거리가 멀어질수록, rpm이 증가할수록 증가하나, 실험기
구의 이상으로 측정을 할 수 없었다.
4. 토의, 결론
토의
이번 실험은 강제로 와류를 발생시켰을 때의 높이차와 압력차, 그리고 상승체적을 이론적으로 알아보고 이론값과 실험값을 비교해보는 실험이었다. 와류는 주로 유체의 난류 흐름에서 나타나는 회전흐름을 의미한다. 반면 에디(eddy)는 유체 흐름의 일부가 본류와 반대로 회전하는 것을 의미한다. 또한 와류에는 크게 강제와류와 자연와류로 나뉘어지는데, 강제와류는 이번실험처럼 인위적인 회전을 통해 나타난다. 인위적인 회전은 rpm(분당 회전속도)로 나타낼 수 있으며, rpm에 따라 높이차, 압력차, 상승체적의 차이가 다르게 발생한다.
이는 높이차 , 압력차 , 상승체적차이 라는 이론적인 식에서도 알 수 있다. 높이차와 상승체적차이는 실험값을 토대로 구할 수 있었으며, 압력차이는 실험기구에 이상이 있어 측정할 수 없었다.
압력차는 피토관을 통해 들어오는 과 같기 때문에 실험을 정상적으로 진행했더라면 높이차와 마찬가지로 값들이 이론값과 약간 오차는 있을지언정 경향성은 맞지 않았을까 싶다.
실험결과 우리는 결과분석에서와 같은 결과를 얻을 수 있었으며 오차원인으로는 아래와 같이 예상할 수 있다.
1) 물의 높이를 측정할 때 표면의 높이로 측정하였는데, 이때 물의 표면장력에 의해 측정값의 오차가 생겼을 수 있다.
2) 증류수가 아닌 수돗물을 이용하여 실험을 진행하였고, 원통 내부에 약간의 이물질이 물의 운동에 영향을 주었을 수도 있다.
3) 베르누이방정식을 통해 이론적인 식과 그 값을 구할 수 있었다. 그러나 실제 유체(이번실험의 경우 수돗물)는 베르누이 방정식의 가정사항(비압축성유체, 정상상태, 비점성, 이상유체)을 따르지 않으며 이로인해 오차가 발생하였을 것이다.
또한 80rpm의 경우 원통 중심에서의 물이 거의 없어 측정하지 못하고 r을 x축, h를 y축의 기준으로 잡아 2차 함수식을 이용하여 r=0(cm)에서의 값을 추론하였는데 이것 또한 오차의 요인이 될 수 있다고 생각한다.
결론
이번 실험에서 우리는 원통형 좌표계에서 강제로 회전운동을 일으켜 액체의 베르누이 방정식을 유도해보았다. 실험은 3회에 걸쳐 40rpm, 60rpm, 80rpm 속도에서의 높이 차이를 각 2회씩 측정하였다. 표면의 높이를 기준으로 밑면으로부터의 높이차이를 구해보고, 그로 인한 체적차이를 구해볼 수 있었다. 그 결과 중심에서의 거리 r과 높이차이와의 상관관계를 확인 할 수 있었으며, 실험기구에 이상으로 인해 높이가 일정할 때 중심에서의 거리차에 따른 압력차 는 확인해볼 수 없었다. 피토튜브에 이상이 있어 압력차를 구할 수 없어 베르누이 방정식이 성립한다는 것을 직접적으로 확인할 수는 없었지만, 실험에 사용한 유체가 베르누이방정식의 기본가정사항을 모두 만족시키지 않기 때문에 일부 오차가 발생하였을 수 있다.
이번실험을 통해 강제와류에서는 반경이 증가함에 따라 높이차이가 커지는 것을 확인할 수 있었다. 또한 회전속도가 증가할수록 높이 차이가 커지는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 회전속도와 반경이 증가할수록 상승체적도 증가함을 알 수 있었다. 이번 실험에서는 피토튜브의 고장으로 인해 압력에 대한 데이터를 얻을 수 없었으므로, 따라서 계산을 통해 이론적 압력차이를 구했으며, 이 또한 회전속도가 증가할수록 반경이 증가할수록 압력차이가 증가하는 것을 확인하였다.
5. 참고 문헌
- 단위조작 7th edition / Mc Graw Hill / Warren L.McCabe 외2명 / 2005 / p.86~89
- 실험 유체 역학 / 보문당 / 모양우 외 4명 / 2000 / p.157~165
- Fluid Mechanism 5th edition / Mc Graw Hill / Frank 외 3명 / 2012 / p.242~244

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