전공실험 레이놀즈수

본문내용

있었다.
<난류에서 층류로 갈때>
= 20mm = 0.02m
= =0.0003146
= q/A = (5.26310)/(0.00031416)
= 1.675m/s
그리고 16.01도에 해당하는 물의 점도와 비중을 문헌에서 찾으면,
= 0.0013 kg/ms
= 999.1kg/m
Renolds number를 구하면
= = = 25750.8 (무차원)
즉. Re = 25750.8 로 난류가 된다.
(∵ Re가 4000이상이면 난류이므로)
<전이 길이>
= 40~50 (난류일때)
= (40~50) 0.02m
= 0.8~1.0m
다른 데이터 값들도 위와 같은 식으로 엑셀을 이용하면 Renolds number를 구할 수 있다.
다음의 table은 난류에서 층류로 갈 때의 결과값을 나타낸 것이다.
그리고 유속에 대한 Re수를 그래프로 그려봄으로서 Re수가 유속에 비래함을 알 수 있었다.
2) 고 찰
이번 실험은 관내의 유체의 흐름상태와 Renolds number와의 관계 및 층류, 난류의 개념을 이해하고 Renolds number를 산출하는 실험이었다.
여러번에 걸친 실험을 통해서 데이터를 구하고 그것이로 레이놀즈수, 전이영역, 전이길이를 구할 수 있었다. 또한 완전발달흐름을 이해 할 수 있었다. 각각의 Reynolds Number에 의해서 흐름을 구분지었으며, 유속이 Reynolds Number에 비례한다는 것을 실험을 통하여 알게 되었다. 그리고 유속에대한 Re수를 그래프로 그려봄으로서 유속에 대한 Re수가 비례적이라는 것을 알수 있었다.
하지만 이 실험에서 난류와 층류의 흐름을 눈으로 직접관찰하고 그림으로 그려보았는데 난류, 층류흐름을 확실하게 볼 수가 없었다.
어느 정도의 적당한 유속에서는 잉크가 매끄럽고 규칙적으로 흐르는 것을 관찰할 수 있었으며 유속이 어느정도 초과를 하면 잉크의 흐름이 상당히 불규칙하게 일어나는 것을 관찰할 수 있었다.
이 실험은 정확한 시간동안 계량하기가 어렵고, 시간을 체크하는 사람과 유량을 계량하는 사람간의 신호과정에서의 오차와 여러 가지 주변상황으로 정확한 실험이 이루어지지 못해 측정한 데이터로 계산한 Reynolds Number의 유동특성과 육안으로 확인한 유체의 유동이 정확하게 일치되는지에 대한 의구심이 남는다. 결과를 관찰해 보면 전이구간도 거의 관찰할수 없었다.
다시 한번 실험을 정리해보자면, 이실험은 먼저 물 유입구로 물을 유입 시킨 다음 위어를 통하여 일정 수위 이상의 물이 배출될 수 있도록 유량을 조절하였다. 그리로 잉크탱크에 잉크를 채우고, 잉크조절밸브를 열어 유리관으로 일정한 유량으로 주입했다. 그리고 유량조절밸브를 조절하여 유리관으로 흐르는 유량을 조절하고, 유량을 측정하였다. 그리고 각각의 유속에 따른 유체유동의 정도를 관찰하였다. 그래서 유속에 따른 Reynolds수를 계산하고, Reynolds수에 따른 유체 유동 현상을 이론적으로 고찰하였다. 그 결과 층류와 난류가 가지는 차이점을 이해하고, 결국 유량과 유속에 따라 유체흐름의 모양이 다르게 나타난다는 것을 알 수 있었다.
실험을 하면서 여러 가지 오차의 문제점이 있었지만 큰 무리 없이 실험을 마칠 수 있었던 것 같다. 그리고 이번 실험을 통해 유체의 흐름의 성격을 잘 이해 할 수 있는 좋은 기회였던 것 같다.
5.결 론
이 실험은 유리관을 흐르는 유체의 유동을 통해서 층류(laminar flow)와 난류(turbulant flow)의 차이점을 이해하고 Reynolds Number의 값이 갖는 물리적 의미를 이해하는 것이었다. 또한 전이길이, 임계유속등을 계산함으로써 유체의 흐름의 성격을 이해할 수 있다.
즉, 우리는 이 실험을 통해서 층류와 난류의 현상을 눈으로 직접보고 확인하고 유체가 원관 내를 유동할 때 유체의 흐름형태는 관의 내경 유체의 점도와 밀도및 유체의 유속에 관계되는 레이놀즈수, 층류에서 난류로 전이되는 전이영역, 전이길이, Reynolds Number등을 알 수 있었다.
<참고문헌>
(1) W. L. McCabe, J. C. Smith and P. Harriott, "Unit Operations of Chemical
Engineering", 5th, ed,McGraw-Hill, 1991, p.33, 42, 77, 78 (희중당 번역판)
(2) 流體力學, 鄭承鉉 외 1명, 기전연구사, 1995, p154～156
(3) Ullmann : Enyzkopadie der technischen Chemie, Verlag Chemie, Weinheim

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