[화학공학실험]레이놀즈 수 실험 결과 보고서

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[화학공학실험]레이놀즈 수 실험 결과 보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적


2. 실험일시, 역할 분담


3. 실험 관련 이론


4. 실험과정 및 결과


5. 실험결과분석 및 고찰

본문내용

학 과
토목공학과
교수님
교수님
학 번
이 름
제출일
목차
1. 실험 목적
2. 실험일시, 역할 분담
3. 실험 관련 이론
4. 실험과정 및 결과
5. 실험결과분석 및 고찰
1.실험 목적
레이놀즈 실험 장치를 통해 육안으로 층류와 천이와 난류를 확인할 수 있다. 실험을 통해서 유량, 평균유속, 유체흐름 등을 측정해 Reynolds 수를 계산하고 Reynolds 수와 흐름 상태의 연관성을 이해한다.
2.실험일시, 역할분담
2.1)　실험일: 2019년 5월 13일 12시
2.2) 조원의 역할 분담
실험 참여: 공석호, 김병철, 김민수
결과표 작성: 김건우
촬영: 김동욱
3.실험 관련 이론
3.1) Reynolds 수: 관 내의 흐름상태를 판정할　때 사용하는 수치.
Reynolds 수는 관성력과 점성력의 비에 따라 흐름의 상태를 층류, 천이, 난류로 구분할 수 있다. 이 때 유체의 대표적 관성력인 유속과 점성력은 점성계수로 표현하여 Reynolds 수를 구할 수 있다.
이 때,
3.2) 층류와 천이와 난류
층류: 이고 진행방향으로 층을 이루며 움직이는 흐름이다
유체입자끼리 서로 붙어있기 때문에 확산이 잘 발생하지 않는다.
천이: 인 흐름으로 층류와 난류의 중간흐름이다.
난류: 인 흐름으로 유량이 증가해 유체입자의 흐름이 불안정하게 되고, 서로 붙어있던 유체입자가 떨어져 무작위로 움직이게 되는 흐름이다. 유체입자가 서로 흩어져 있기 때문에 확산이 매우 잘 일어난다. 또한 난류는 유체입자가 무작위로 움직이기 때문에 해석이 어렵고 예측하기 힘들다.
흐름에서 층류, 천이, 난류가 되는 Reynolds 수의 범위는 정확하게 주어질 수 없다. 관의 진동에 따라 유동장애의 정도나 입구영역의 거칠기 등에 따라 층류에서 난류로의 천이가 일어나는 Reynolds 수는 여러 가지이다. 보편적으로는 앞서 제시한 값이 적절하다.
4.실험과정 및 결과
4.1)　실험과정
실험 준비물: 레이놀즈 실험장치, 잉크, 자, 저울, 바구니, 타이머
<실험값>
실험장치의 관 직경: 1.6cm
양동이의 무게: 1kg
수온: 로 가정
실험 방법
1. 드레인 밸브와 연결된 관의 내경을 측정한다.
2. 실험장치에 물을 채운다.
3. 색소 탱크에 잉크를 주입한다.
4. 드레인 밸브를 통해 유량을 조절하며 바구니에 10초 동안 물을 받는다.
5. 드레인 밸브를 열어 물을 받을 때의 관 속의 잉크의 움직임을 확인한다(촬영한다).
6. 받은 물의 중량을 측정한다.
7. 1~6의 과정을 유속을 바꿔가며 10여회 반복해 층류, 천이, 난류를 확인한다.
4.2) 실험결과
회차
물 무게(g)
Reynolds 수
1
150
1188.906
2
180
1426.688
3
200
1585.209
4
230
1822.990
5
250
1981.511
6
300
2377.813
7
310
2457.073
8
400
3170.417
9
450
3566.719
10
500
3963.021
11
1350
10700.158
12
700
5548.230
13
550
4359.324
14
750
5944.532
15
1700
13474.273
세로축: Reynolds 수 가로축: 물의 무게(g)
<층류와 천이와 난류>
층류
1) 2)
천이
1) 2)
난류
1) 2)
5.실험결과분석 및 고찰
우리는 Reynolds 수를 알아보고 Reynolds 수와 다른 여러 가지 조건 의 상관관계에 대해 알아보고 흐름의 종류를 육안으로 확인하는 실험을 했다. 실험에 의하면 Reynolds 수는 유속이 빠를수록 유량이 클수록 높았다. 흐름종류 각각의 형태를 눈으로 확인하기 위해 각 흐름을 5회씩 실험했다. 전체적인 실험결과는 15번의 실험 모두 각각의 Reynolds 수 범위 안에서 알맞은 흐름으로 진행되었다. 5번의 층류와 5번의 천이와 5번의 난류 모두 잉크의 흐름이 잘 보였다. 하지만 실험을 하면서 몇 가지 어려웠던 점과 오차가 생길 만한 점이 있었다.
첫 번째로 물을 지속적으로 공급하는 이유는 물의 수위가 일정해야 결과가 정확히 나오기 때문인데 실험장치의 아래쪽 관에서 물이 쪼금씩 새는 바람에 물의 수위를 일정하게 하지 못했다.
두 번째로 유량밸브를 열　때 타이머로 10초를 맞춰 열지만 관에서의 잔류양이 나오기도 하고 정확히 10초에 밸브를 닫을 수 없었다. 그래서 유속과 유량에서 약간의 오차가 발생했을 것이다.
세 번째로 물의 무게를 체중계로 잴 수밖에 없어서 1g단위가 표시되지 못했기에 약간의 유량 차이가 생겼을 것이다.
마지막으로는 실험결과를 육안으로 확인하다보니 관속에서 잉크의 움직임 관찰에 있어 어려움이 있었다.
또한 Reynolds 수를 계산 할 때 수온을 15도로 가정한 동점성계수를 사용하여 계산을 했지만 실질적으로 차이가 적어 큰 문제점은 없었다.
이를 제외한 실험 과정에서 다른 어려움은 없어 대체적으로 좋은 결과가 도출된 것 같다.

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레이놀즈 수 실험,   화학공학실험,   결과보고서