기계공학실험2

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기계공학실험2에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.Data Acquisition

2.레이져를 이용한 화염의 매연 측정

3.제 트 반 동

4.원심펌프의 성능

5.열전도 계수

6.복사 열전달 계수 측정

7.레이놀즈 수 측정

본문내용

단력과 유체의 점성에 관계되므로 뉴우튼의 점성법칙이 적용되며 낮은 점성, 빠른 속도, 큰 운동통로를 가지는 경우에는 불안정해지며 속도가 점점 빨라지면 난류가 된다.
유체의 평균 운동속도
:
V
관의 내경
:
d
유체의 밀도
:
ρ
점 성
:
μ
레이놀즈수(Reynolds Number)
층류와 난류를 구별하는 무차원 수.
(Reynolds Number = 관성력/점성력) 으로서 Reynolds Number가 크면 관성력이 지배하는 흐름, 즉 난류가 되고, Reynolds Number가 작으면 점성력이 지배하는 흐름, 즉 층류가 된다.
Reynolds Number는 다음과 같이 정의되는 무차원 수이다.
Re{{=}}vd over nu {{=}}{vd rho} over mu ~~~~~~( nu ~: 동점성계수~~ m^2 /s )
v{{=}}Q overA{{=}}Q over {pi over 4 d^2}
THEREFORE Re {{=}} 4Q over{ pi d nu}{{=}} {4Q rho} over { pi d mu }
임계 레이놀즈수(Critical Reynolds Number, Rec) 란?
층류에서 난류로 또는 난류에서 층류로 천이할때의 유속을 임계속도라고 하고 그때의 레이놀드수를 임계레이놀드수라고 한다.
층류에서 난류로 파괴되는 순간의 속도를 임계속도 이때의 레이놀드수의 값을 상임계레이놀드수라고 한다.
이와 반대로 난류에서 층류로 변화하는 순간의 속도를 하임계속도 이때의 레이놀드수를 하임계레이놀드수라고 한다.
일반적으로 임계레이놀드수라고 하면 하임계레이놀드수를 지칭하고 관유동의 경우에는 보통 2,300으로 취한다.
하임계Re 값은 약 2,000이며 Schiller의 실험에서는 2,300이었다고 하며 하임계Re 값은 약 2,000에서 10,000 또는 그 이상이 된다고도 한다. 이와 같이 Re값이 일정치 않은 것은 관으로 흐를 때 수조의 물이 흔들려 있다던가 유체입자의 운동에 따라 달라지기 때문이다.
실험 과정
저수탱크에 적당한 높이로 물을 채운다.
출구밸브를 약간 열어 유리관에 물이 흐르게 하고 착색액을 밸브를 조정하여 가는 선이 되도록 한다. 이때 착색액 유출 바늘의 위치도 조정한다.
각 측정위치의 부서를 결정한다.
상임계 레이놀드수의 측정 ( 층류
->
난류 )
착색액을 보면서 유리관내에 층류가 되도록 출구밸브를 잠근다.
출구밸브를 서서히 열어 관내의 물의 유속을 증가시킨다. 이때 밸브 조정할때마다 안정 상태를 유지시킨다.
층류에서 난류로 넘어가는 상태가 되면 밸브를 고정시키고 Mass cylinder 및 Stop watch로 유량을 측정한다.
이상을 3회 이상 반복하고 실험장치 주위의 충격, 진동을 방지한다.
하임계 레이놀드수의 측정 ( 난류
->
층류 )
난류상태가 되도록 출구밸브를 많이 열어 놓고 위 실험의 역과정을 실시한다.
상임계 레이놀즈 수 측정 (층류→난류)
구 분
관의직경(mm)
물의 총무게(Kg)
m (Kg/s)
시 간 (t)
총유량 (ml)
Q (cm2/s)
1회
25
0.64
0.064
10
640
64
2회
25
0.62
0.062
10
620
62
3회
25
0.61
0.061
10
610
61
하임계 레이놀즈 수 측정 (난류→층류)
구 분
관의직경(mm)
물의 총무게(Kg)
m (Kg/s)
시 간 (t)
총유량 (ml)
Q (cm2/s)
1회
25
0.49
0.049
10
490
49
2회
25
0.50
0.050
10
500
50
3회
25
0.47
0.047
10
470
47
계산 과정
물의 절대점성계수는 상온(18°)일 때 1.053cp이므로 1.053×1.02×10-5 gf.s/cm2
물의 밀도는 1g/㎤
상임계 레이놀즈측정에서 Q가 63m3/s이라고 가정할 때 계산과정을 살펴보면,
Re {{=}} 4Q over{ pi d nu}{{=}} {4Q rho} over { pi d mu }
= {4×63cm^3 /s×1g/cm^2 } over {π×2.5cm×1.053×1.02×10^-5 gf.s/cm^2 ×980cm/s^2}=3048.3
같은 방법으로 나머지를 계싼하면
상임계 레이놀즈 수 측정 (층류→난류)
구 분
관의직경(cm)
ρ(g/cm2)
μ(gf.s/cm2)
Q (cm2/s)
Re
1회
2.5
1
1.074×10-5
64
3096.7
2회
2.5
1
1.074×10-5
62
3000.0
3회
2.5
1
1.074×10-5
61
2951.5
평 균
2.5
1
1.074×10-5
62.3
3016.1
하임계 레이놀즈 수 측정 (층류→난류)
구 분
관의직경(cm)
ρ(g/cm2)
μ(gf.s/cm2)
Q (cm2/s)
Re
1회
2.5
1
1.074×10-5
49
2370.9
2회
2.5
1
1.074×10-5
50
2419.3
3회
2.5
1
1.074×10-5
47
2274.1
평 균
2.5
1
1.074×10-5
48.7
2354.8
결과 그래프
결과 분석
측정 결과를 보면 상임계 레이놀즈 값은 2951.5∼3096.7(평균 3016.1)이고, 하임계 레이놀즈 값은 2274.1∼2370.9(평균 2354.8)이 나타남을 알 수 있다.
층류에서 난류로 바뀌는 상임계 레이놀즈 수가 난류에서 층류로 바뀌는 하임계 레이놀즈 수보다 더 큰 것을 알 수 있다.
대체적으로 실험횟수가 증가함에 따라 수조의 물이 줄어들면서 압력차에 의해 레이놀즈 수가 변화함을 알 수 있다.
일반적으로 믈의 상임계 레이놀즈 수는 4000, 하임계 레이놀즈 수는 2000 정도로 알려져있는 것을 감안할 때 비교적 임계값안에서 측정 결과가 분포된 것을 볼 수 있다.
오차원인
레이놀즈 수는 정확한 값이 정해져 있는 값은 아니나 실험 과정에서 생길 수 있는 오차를 살펴보면,
실험중 물을 다시 채운뒤 실험 시간상 물이 안정화가 될 때까지 충분한 시간을 주지 못했다.
또한 물이 충분히 안정화가 되었다고 할만한 근거를 찾기 힘들다.
결과 값에서 실험 횟수가 증가함에 따라 레이놀즈 수가 작아지는 이유는 수조의 물이 줄어들면서 압력차가 생기기 때문이다.
잉크의 비중이 물보다 커서 가라않으려는 성질 때문에 보다 정밀한 측정을 하기가 어려웠다.

키워드

제트반동,   원심펌프,   열전도,   복사 열전달,   레이놀즈,   기계공학