레이놀즈 실험 보고서
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소개글

레이놀즈 실험 보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

실험 목표
실험 관련 기초 지식 이론
실험 순서, 유의사항
실험 진행
실험 결과
결과 분석 및 토의

본문내용

.
결과적으로는 유속이 증가할수록 레이놀즈 수 도 같이 증가한다.
또한 동시에 유체의 흐름은 층류-천이류-난류 순으로 변화 한다는 이론을
실험을 통하여 직접 확인 하였다.
⑦ 실험 해석과 고찰
레이놀즈 수 측정 실험은 레이놀즈 실험 장치를 사용하여 실제 유체의 흐름 상태를 시각적으로 층류와 난류의 흐름 상태를 확인하고, 유량을 측정하여 레이놀즈수를 측정해보는 실험이었다. 잉크가 담긴 색소통 밸브를 열고 유속을 조절해 주면서 잉크의 모양 변화를 통해 육안으로 유체의 흐름을 관찰하는 실험이다. 사실 이 실험이 생각대로 쉬운 실험이 아니었다. 처음 잉크밸브를 열었을 때 잉크가 나오지 않다가 시간이 지난 뒤 갑자기 다량의 잉크가 분출하기 시작했다. 이로인해 수조가 잉크로 뒤덮혀서 관 속에 잉크가 흐르는 것을 육안으로 보는 것, 그리고 사진 촬영하여 기록을 하는것에 대하여 차질이 생겼다. 그래서 수조의 물을 다 빼고 깨끗한 상태에서 다시 실험을 시작하였다.
그러나 이제 잉크는 잘 나오지만 잉크가 한번에 많이 나오기 때문에 잉크 밸브를 살짝 열어둔 상태에서 유량만을 조절하며 관 속에 잔류하는 잉크를 빼가면서 잉크 흐름을 관찰하였다. 우리 조는 총 10번의 측정을 하며 처음엔 느린 유속으로 시작하여 갈수록 유속을 빠르게 해가면서 실험을 계획 하였다. 유속을 구하려면 물의 양을 유리관의 면적으로 나누면 된다. 당연히 물의 양을 적게 빼는 것이 유량이 작으니깐 물을 천천히 흘러보내 적게 빼기 시작했다. 그런데 물의 양을 적게 빼면 이론상 층류 즉, 실가닥처럼 가늘고 일자로 잉크가 뻗어 나가야되는데 잉크가 조금씩 천천히 확산되면서 나오는 것이었다. 그래서 우리 조는 잉크밸브를 너무 조금 열어놓았기 때문이라고 인지를 하고 밸브를 더 열었다. 그리고 다시 물을 흘러 보내었는데 이젠 이론대로 층류를 유지하며 잘 나왔다. 차차 유량도 증가시키면서 실험을 진행하였다. 그리고 4회차 때 우리는 유체의 흐름이 사진은 좀 애매하게 나왔지만 천이류 로 나온 것을 육안으로 확인하였다. 그러나 4회차 때 유속을 구하여 레이놀즈 수를 계산해보니 1910으로 나왔으며, 이론상으로 2100보다 낮으면 층류가 되어야 하는데 천이류로 관찰된 것이다. 우리는 이에 대해 토의를 해보았다. 토의 결과로 나온 것 중 첫 번째 이유는 실험 장치 조작 부분 이었다. 레이놀즈 실험 장치를 수평상태로 맞추는 것에 어려움이 있을 것이다. 사실 우리는 처음에 실험장치가 이미 수평이 맞춰져 있다는 가정하에 실험을 시작했다. 큰 장치이기도 하고 괜히 수평 조절을 하다가 장비에 손상이 갈 수 있기 때문에 그대로 실험을 진행하였다. 당연히 육안으로 보기엔 수평 이었다. 사실 유체를 다루는 것이므로 각도 0.1도라도 수평이 맞지 않으면 잉크가 고이며 충분히 오차가 생길 수 있는 명분이 생긴다. 또한 사람이 임의로 공급량을 조정하기 때문에 수위를 일정하게 유지하게는 것에 어려움이 있고, 이로 인한 오차가 발생했을 수 있다는 생각이 든다. 따라서 실험 과정 중에서 실험기구 수평을 맞추는 것이 매우 중요하다고 볼 수 있는 것 같다. 수평을 맞출 수 있는 수평자와 같은 기구를 사용해보는 것이 필요하겠다는 생각이 들었다. 그리고 층류와 천이류를 구분하는 것에 대하여 육안으로 관찰하니깐 오차가 생겼을 수도 있다. 이 말은 우리가 수치상으로는 층류 와 천이류로 구분할 수 있는데 육안으로 볼 때 이정도면 층류인가 천이류인가 구분을 잘 못할 것이다. 더욱 우리는 이에 대한 이론을 처음 공부하고 흐름을 처음 보았기 때문에 더욱 잘 모르는 상태였다. 그리고 가장 큰 이유라고 생각하는 것은 모든 실험 조건이 정확 해야한다. 이 뜻은 일단 우리는 동 점성계수를 로 설정하였다. 이 동 점성계수는 물의 온도가 일 때 기준이다. 하지만 우리는 물의 온도는 생각하지 않았다. 그리고 수조의 물 부피가 모두 같은 상태에서 측정 했어야 한다. 1, 2, 3...모든 회차 측정 시에 수조에 담긴 물의 체적이 같아야지 이론처럼 완벽한 실험결과를 도출할 수 있을 것이다.
그런데 우리는 잉크가 고여 물을 흘러보냄 과 다시 채우는 과정을 자주 반복하였기에 체적이 항상 같을 수가 없다. 이와 같은 이유는 7회차에 우리가 실험을 통해 육안으로 확인한 흐름이 난류 였지만 실제로는 천이류 라는 결과에도 똑같이 적용될 것이라고 생각한다. 그리고 이에 대한 유동 형태에 대해 인터넷에서 자료를 찾아 결과를 말해보자면 유동형태는 유동 조건을 나타내는 세 개의 물리적인 변수들에 의해 결정된다고 나와있는데, 첫 번째 변수는 경계층의 두께 또는 파이프의 직경과 같은 유동장의 길이 척도이다. 길이 척도가 충분히 크면 유동 교란은 증가할 것이고, 결국 유동은 난류가 될 것이다. 두 번째 변수는 유동 단면에 대한 속도의 평균값과 같은 속도척도 로서, 속도가 매우 빠르다면 유동은 난류가 될 것이다. 세 번째 변수는 동점성계수로 동점성계수가 아주 작으면 유동은 난류가 될 수 있다. 라고 하는 것을 알게 되었다. 그리고 그래프 후반부를 보면 레이놀즈 수가 급격하게 증가하는 모습을 볼 수 있는데, 이것은 사람 손으로 밸브를 조작하여 유량, 유속을 결정하기 때문에 일정하게 양으로 물을 정확하게 흘러보낼 수 없다. 그리고 밸브 조절할 수 있는 각도가 최대 인데 이중에서 10번을 측정해야하기 때문에 처음부터 미세하게 조정을 하였다. 그래서 마지막에 돌릴 수 있는 밸브의 각도가 꽤 많이 남아서 한번에 많이 물을 흘러보내었다. 그래서 그래프 후반부에 갑자기 상승하는 모습을 보이게 된 것이다.
실험 과정에 있어서는 많은 사람이 필요하지는 않았다. 6명 중 4명 정도만 실험에 참여하고 나머지 두명이 결과값으로 바로 레이놀즈 수를 계산했으면 실험과 결과값을 빨리 구할 수 있었을 것이다. 유량 조절에 있어서 사람이 임의로 밸브를 조정하기 때문에 전체적인 결과값에 대해서는 신뢰하기 힘들지만, 우리의 실험목적은 실제유체의 층류, 천이류 난류를 구분하는 실험이기 때문에 이와같은 방법을 사용하여도 크게 문제가 되지는 않는다고 생각한다. 앞으로 공부 할 동수역학 파트의 중요한 기본 지식을 공부하게 되는 계기가 되었다고 생각한다.
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  • 등록일2021.10.06
  • 저작시기2021.05
  • 파일형식한글(hwp)
  • 자료번호#1156630
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