팬효율실험과 층류 난류 실험

목차

실험 목적

실험 방법

계산 방법

결과

고찰

본문내용

00
17.7
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16.1
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13.0
12.4
11.8
10.9
10.0
9.2
8.8
8.6
8.5
8.5
8.6
9.0
9.3
9.8
10.0
10.4
10.6
11.0
11.2
11.4
11.6
11.8
12.0
12.2
12.3
12.4
12.5
12.6
12.8
13.0
13.2
0.5375
0.6187
0.6719
0.7049
0.7679
0.8431
0.9149
0.9773
1.0000
1.0000
1.0000
0.9885
0.9773
0.9389
0.9053
0.8687
0.8431
0.8113
0.7818
0.7679
0.7478
0.7227
0.7049
0.6825
0.6667
0.6516
0.6370
0.6187
0.6056
0.5972
0.5850
0.639
0.698
0.752
0.827
0.896
0.953
0.980
0.993
1.000
1.000
0.993
0.967
0.946
0.910
0.896
0.866
0.851
0.819
0.803
0.786
0.769
0.752
0.734
0.716
0.707
0.698
0.688
0.679
0.659
0.639
0.618
Ⅳ. 고 찰
1.팬 효율 실험
이 실험에서 그래프를 살펴보면 Throttle Setting을 0∼100%로 점차 증가시킬수록 Throttle의 단면적이 증가되기 때문에 유량 또한 증가하게 된다. 그리고 유량이 증가하기 때문에 공기의 동력(Pat)이 증가하게 되고 동시에 모터의 동력(Motor Shaft Power : Psh) 또한 증가하게 되어 효율이 증가하게 된다.
Data Sheet에서 확인 할 수 있는 것은 Throttle Setting을 0∼10%로 점차 증가함에 따라 Nozzle Throat의 manometer(h)는 그 증가치가 비교적 큰 값으로 증가하게 되었고, Fan inlet의 manometer(h1)은 처음에는 오히려 그 수치가 초기치보다 낮아졌다가 다시 증가치가 h의 증가치보다는 작은 값으로 증가하는 성향을 보였다. 그리고 Fan Deliver의 manometer(h2)는 그 증가치가 다른 것과는 달리 점차 줄어듦을 알 수가 있었다.
그러나 효율을 계산함에 있어서 약간의 오차가 생겼다. Throttle Setting이 60∼70%로 변할 때의 효율이 약간 줄어들었다. 이 오차의 원인은 Spring Balance Load를 측정함에 있어서 약간의 오차가 생긴 것 같다. 우선 Spring이 좀 오래되어서 탄성이 좀 변한 것 같고 모터와 균형을 맞추는 데 있어서도 좀 문제가 있었던 것 같다. 또 노즐의 입구 부분에서의 움직임도 실험에 상당한 영향을 주었다고 본다.(왜냐하면 공기의 동력이 효율에 많은 영향을 주기 때문이다.) 그러나 이 오차는 아주 약간의 오차(1/1000)였다. 그래서 전체적으로 이 실험의 결과로는 Throttle Setting 즉 단면적이 증가함에 따라 효율이 점차 증가한다는 것이다.
2. 층류, 난류 실험
이 실험은 우리가 직접 하지 않은 실험이라 좀 당황스러웠다.
하지만 계산과정은 그리 어렵지 않은 것 같았다.
이 실험을 결과를 살펴보면 그래프를 통해서 보게 되면 층류실험과 난류실험에 있어서 이론속도와 실험속도에 있어서 확실한 차이를 보이는 것을 알 수 있었다.
Data Sheet를 보면 알 수가 있지만 층류 실험에서는 실험속도가 이론속도보다 크게 나오고, 반대로 난류 실험에서는 이론속도가 실험속도보다 비교적 크게 나온 것을 알 수 있다.
Data Sheet를 보면 알 수 있듯이 속도가 tube의 깊이에 따라 점점 늘어나다가 tube의 깊이가 0.012m 가 되고서부터 점점 줄어들기 시작했다. 이 모두가 r값의 변화가 원인이 된 것 같다. r값이 변함에 따라 h와 H값이 변하면서 속도에 영향을 준 것 같다.
이번 실험을 통해 확실히 알 수 있는 것은 유동의 평균 유속(
bar{u}
)을 알 수 있다면 Reynolds number(Re)를 계산함으로써 층류와 난류를 구분 할 수 있다는 것이었다.
3. 수축-확대관에서의 베르누이정리 실험
실험을 통한 결과 그래프에서도 볼 수 있듯이 전압은 어느 경우에나 항상 일정하고, 정압
({p} ` `)
과 동압은 서로 반대되는 모양의 그래프를 보여주는 것을 알수 있었다. 여기서 동압은 전압과 정압의 차이로서 구한것이다.
한편, 수축관으로 갈수록 속도는 증가하므로 동압(
{rho v^2 }over2
)은 점점 증가한다.
이 실험에서의 오차는 정압의 측정에서 발생하였을 것이다. 정압을 측정하는 데 있어서 그 데이터를 읽을 때 목측으로 읽은 값이기 때문에 정확히 얻었다고 볼 수가 없기 때문이다.(데이터의 눈금이 있는 부분에 칠해져 있는 싸인펜 칠이 단단히 한몫을 했다.)
또 Pitot tube의 너비(폭)을 측정함에 있어서도 직접 대고 구한 것이 아니기 때문에 정확히 측정했다고 볼 수가 없었다.
위의 실험을 통하여 그래프를 살펴보면 실험장치의 단면적이 점차 작아지는 축소관에서는 속도는 증가하게 되고 압력은 작아지게 된다. 그리고 속도비는 점차 증가함을 볼 수 있다. 그리고 축소관에서는 이론치와 실험치에서의 차이에서 실험치가 더 큼을 알 수 있다. 위의 그래프를 통하여 알 수 있는 것은 정압의 증가에 비해 속도가 감소하고 그러므로 인해 전압은 일정하다는 것이고 점차 관의 단면적이 커지는 확대관에서는 속도가 증가함에 따라 정압은 점차 증가하는 것은 알 수 있다. 즉 확대관에서도 전압은 일정하게 된다. 즉 이 실험을 통하여 베르누이의 정리에 대하여 증명이 가능한 실험이었고, 단면적과 속도, 정압, 그리고 전압의 관계를 알 수 있는 실험이었다. 일정한 유량이 흐르는 관에서 단면적이 적어지는 축소관과 확대관을 붙인 실험 장치를 통하여 축소관에서의 유속의 변화 그리고 정압의 변화 그리고 전압의 변화를 알 수 있게 되고, 확대관에서의 유속의 변화 그리고 정압의 변화 그리고 전압의 변화를 알 수 있었다.

키워드

팬효율실험,   층류,   난류,   유체실험,   열유체실험