[화학공업실험] 유체유동실험(레이놀즈수,손실두 측정 실험)결과보고서

소개글

[화학공업실험] 유체유동실험(레이놀즈수,손실두 측정 실험)결과보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험제목

2. 실험일자

3. 실험방법
- Reynolds Number 측정실험
- 손실두 측정실험

4. 실험결과
- Reynolds Number 측정실험
- 손실두 측정실험

5. 고찰

본문내용

서의 반응을 생각한다면 난류일 때 복잡한 흐름을 통하여 관을 흐르는 동 안 보다 반응의 속도와 정도를 높일 수 있다. 층류는 그 반대일 것이다. 유체역학에서 Reynolds Number는 흐름의 유형을 설명하고, 그에 따른 관 내 반응 정도의 척도로서 사용 될 것이다. 항공, 기계, 조선 등 많은 산업분야에서 Reynolds Number가 사용되지만, 그에 대한 용도는 조사하지 않았다. 한편, 유속에 따른 Reynolds Number의 로그값의 변화를 그 래프의 추이로 고찰해 보면,
N_RE = {D v rho } over mu
의 식에 의해 Reynolds Number는 유속에 1차적으 로 비례하는것이 이론적이며, Reynolds Number의 로그값을 생각하면 그래프는
y
축 절면을 1로 하는 지수함수의 그래프처럼 나타나야 한다. 하지만 그래프를 보면 알 수 있듯이 난류 의 경우 유속에 비해 Reynolds Number가 비교적 작게 계산되었다는 것을 간접적으로 알 수 있다. 한가지 재미있는 사실은 질량유량에 대한 식을 유도한
N_RE = { dot {m} } over { {pi} over 4 D mu }
, 이 식은 밀 도를 필요로 하지 않는다. 유속이 필요하면 어쩔 수 없지만 직접 Reynolds Number를 구한 다면 유체의 밀도까지 핸드북으로 찾는 번거로움은 생략하도 될 듯하다. 번외로 이번 실험중 에 큰 실수를 하였다. 실험장치의 수조를 물로 채우는데 조절나사의 조정을 세밀히 하지 못 해 수조가 넘친 것이다. 수조에 물이 넘친 것 자체는 별일 아닐 수 있다. 하지만, 만약 위험 한 화공약품을 채우고 있는 중이었다면 분명 큰 사고로 이어질 수 있는 위험한 실수이다. 다 행으로 무해한 물로 안전의식에 대한 큰 인식을 했다 생각하며 차후의 실험은 주의해야 하 겠다.
두 번째 실험은 다양한 형태의 관에서 흐름으로 인한 손실두(head loss)를 측정하는 실험이 다. 이 실험을 Reynolds Number측정 실험과 연계하여 실시한 이유는 Reynolds Number의 산업에서 실제적용 사례기 때문이라 생각한다. 이상적인 환경이 아니라면 유체는 흐르면서 관내의 마찰 및 유체끼리의 마찰로 인하여 에너지의 손실이 있을것이다. 이것을 단위 질량 당 에너지(
J/kg
)로 표시하는것이 손실두 이며, 그 계산식은 기본이론 및 계산과정에 표기한 대로 베르누이의 정리를 수정하여 그 값을 구한다. 여기엔 펌프일 등을 제외한 상태의 식을 적용하였다. 실험결과가 보여주듯이 축소관과 직관의 경우, 비교적 2회의 측정값이 유사한 값을 보였다. 특히 관축소 실험의 경우 측정값이 각각 압력차와 질량유량이 크게 차이가 있 었지만, Reynolds Number와 손실두를 구하는 식에 적용하여 실제 손실두를 계산해보니 서 로 큰 차이가 없었다. 다만 의문이 가는 것은 관축소보다 직관의 손실두가 크다는 점이다. 상식적으로 관의 축소시 일종의 병목현상으로 인해 관 내에서는 마찰도 심해질 것이고 그에 따른 손실두도 클것이라 생각했다. 반면, 직관은
h_f = {P_a - P_b } over rho + { alpha_a V_a ^2 - alpha_b V_b ^2 } over 2
의 식에서
{ alpha_a V_a ^2 - alpha_b V_b ^2 } over 2
항이 0이되고, 압력차를 측정하는 두 지점에서의 흐름의 일관성을 고려한다면 압력차 또한 작을것이라 생각했는데 그렇지 않았다. 아무래도 정밀한 실험은 되었을지언정, 정확한 실험은 되지 않았다고 생각한다. 전자식 마노미터로 관의 압력차를 측정하였을 때 심한 편차를 보이며 압력차이가 급변하는 현상이 있었다. 또한 질량유량을 계산하기 위 해 수조에 물을 받는 과정에서도 유체가 지나가는 관의 길이가 길다보며 공기가 섞여 있기 도 하고, 밸브의 조작에 유체의 흐름이 뒤늦게 이루어져, 질량유량이 들쑥날쑥한 것도 오차 의 원인으로 생각된다.
산업현장에서는 이상적인 직관만 사용되는 것이 아닌 유체의 효율적인 수송과 제어를 위하 여 오리피스, 플랜지, 벤츄리 미터 등 다양한 관과 이음매가 사용될 것이다. 이들에서의 유 체의 흐름의 영향을 공부하는 것은, 작은 부분이 공정 전체의 영향을 줄 수 있음을 이해해고 그것을 효과적으로 설계하여 가장 안전하고 효율적인 유체의 흐름을 통제하는데 그 목적이 있다. 그 기본에 Reynolds Number가 거의 가장 기본적인 척도로 작용하고 있다는 것을 알 고 그 응용에 좀더 접근한 실험이었다고 생각한다.

키워드

유체유동,   유체역학,   레이놀즈수,   레이놀드수,   손실두,   두손실,   레이놀즈,   레이놀드