유량 및 파이프 내의 마찰손실 측정

소개글

유량 및 파이프 내의 마찰손실 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

목차
1. 실험 제목 (Title)

2. 실험 목적 (Object)

3. 실험 이론 (Related theory)

4. 실험 방법 (Experimental Methodology)

5. 실험 결과 (Results & Graph)

6. 토의 (Discussion & Consideration)

7. 참고 문헌 (Reference)

본문내용

)유량측정실험
저희는 실험도중 매우 특이한 현상을 발견할 수 있었다. venturi meter의 입구 A와 Diffuser의 입구 C, 그리고 Orifice meter의 입구 E에서의 물기둥의 높이가 모두 같은 을 알 수 있었다. 저희는 여기에 의문점을 가지고 저원들이 머리를 맞대고 생각해 보았다. 특히 A와 B에서의 관의 직경은 26mm로 같아서 쉽게 이해할 수 있었지만 E에서의 직경은 51mm이었는데 A, C와 같은 압력을 지시하는 지 흥미로웠다. 여러 조건들을 고려해본 결과 그 해답을 얻을 수 있었다. Orifice meter를 지난 뒤 유체의 속도는 급속하게 감소하였지만 관의 지름이 26mm의 두 배에 가까운 51mm의 지름을 가지게 되므로 앞의 A, C와 같은 압력을 유지 한 것임을 알 수 있었다.
2)파이프내의 마찰손실
이번 실험에서는 미소관에서 유체가 난류 유동을 하면서 어떤 운동을 하는지 알 수 있었습니다. 그러나 실험도중 조교님께 질문도 했었는데, 미소관의 입구와 출구의 속도는 같은데 어떻게 압력차이가 날 수 있는가를 궁금했습니다. 그 이유에 대해서 긴 시간을 토의해본결과 다음과 같은 결론을 내릴 수 있었다.
베르누이 정리에 의해
에서 우리는 다음의 사항을 고려해한다.
베르누이 정리는 다음과 같은 유체특성을 가진 유체유동 내에서 적용됨을 가정하고 있다.
(1)일정한 밀도를 가진 유체일 것.
(2)유동은 항상 정상상태일 것.
(3)유동은 비점성유동일 것.
여기서 우리는 (3)사항에 대해서 생각을 해 볼 수 있었습니다. 실제로 물은 점성을 가진 유체로 생각해야 한다. 그래서 관벽 내에서 물의 유동은 벽면과 마찰을 일으켜서 관내 유동이 난류의 형태를 띠게 됩니다. 그러므로 우리는 관 벽에서의 마찰에 의한 손실이 압력차로 나타남을 알 수 있었다.
개별 토의
첫 번째 실험은 Water bench를 이용하여 Venturi meter, Orifice meter, Rota meter, Weigh-Time measurement and supersonic waves Flow meter를 이용하여 유량을 측정하고 비교하고 베루누이 방정식과 연속 방적식을 이용하여 각가의 실험의 유량을 산출하는 실험 이었다. 조교님의 친절한 설명 덕분에 실험은 그리 어렵지 않게 진행 되었다. Water bench를 통해서 공급되는 물이 각각 Venturi meter, Orifice meter, Rota meter, supersonic waves Flow meter를 지나 마지막 장소인 Weigh-Time tank에서 저장 되었다 Weigh-Time tank를 통한 유량 측정은 비록 간단하기는 하지만 가장 정확한 방법이라 다른 유량을 비교하는 기준이 되었다. Flow meter을 제외한 나머지 측정은 오차가 그리 크지 않았다 대부분 10% 전후였고 가장 오차가 클 때가 10%였다. 하지만 Flow meter의 경우에는 오차가 적게는 70%에서 많게는 300%가까이 까지 났다. 이러한 오차는 흐르는 물의 유속이 빠르지 않을 때는 (-)로 나타났고 유속이 빠를 때는 (+)로 나타났다. 또한 유량이 증가 했을때 즉 측정 시간이 늘어났을 때에도 유량이 적을 때와 비교하여 오차가 거의 변함이 없는 것으로 나타났다. 오차가 일정한 규칙을 가지고 항상 발생 한다면 이것은 측정 과정상의 잘못 보다는 측정 기기의 문제라고 추측할 수 있겠다.
두 번째 실험은 Solid Surface에서의 속도를 측정하여 Solid Surface의 Friction이 유동의 흐름에 미치는 영향과 Boundary Layer Velocity Profile을 얻고, Boundary Layer에 대한 이론을 실험을 통해 고찰해 보는데 있다. 점성의 영향은 유체유동을 층류와 난류의 유체유동을 일으키는 복잡한 운동의 현상이다,
실험결과에서 알 수 있듯이 높이 변화에 따라 속도가 감소하며 레이놀즈수는 작아지면서 층류의 흐름을 보였다. 그러나 수은으로 측정한 실험에서는 유량이 200ml로 바뀌자 레이놀즈 값이 2300이상 나옴으로써 난류로 판정되었다. 이 실험이 정확한 난류와 유량을 측정할 수는 없지만 유량이 레이놀즈에 미치는 영향을 확인할 수 있었으며. 또한 관 내부에서 생각해 볼 때, 입구영역에서 유입된 균일한 층류 운동은 관벽과 접하는 유체의 속도가 0이기 때문에 관으로 흘러 들어감에 따라 속도분포가 변하게 되며 균일하게 유입된 유체는 관 입구영역에서 벽면의 점착 조건으로 인해 큰 압력 구배를 가지게 되고 유체가 관으로 흘러 들어감에 따라 이러한 압력 구배는 점점 작아지는 것을 실험을 통해서 확인 할 수 있었다.
유체역학시간에 배운 하겐-포와제유 방정식과 다시-바이스바하 방정식을 사용하여 레이놀즈에 따른 속도와 유량과 온도에 관계를 확인할 수 있었다. 실험에서 오차가 발생 한 원인은 육안으로 흔들리는 MANOMETER HEAD를 정확히 측정하기란 불가능 했다 그래서 흔들리는MANOMETER HEAD의 평균값을 사용해야했다. 또한 삼각플라스크에 물의 부피를 측정할 때 기계가 아닌 사람의 눈으로 시간을 측정하여야 했기에 정확한 시간을 얻지 못해서 큰 오차를 얻었다. 그리고 비이커에 남아있는 물 이 비록 적은 양이긴 했지만 정확한 실험을 방해했다. 실험 횟수가 더 많았다면 좀 더 정확한 결과를 얻을 수 있었지만 시간상 그러지 못한 것이 많이 아쉬움이 남는다 우리가 이론으로만 배웠던 유체역학의 베르누이 방정식이나 연속 방정식 등을 실제로 눈으로 확인 해볼 수 있는 좋은 기회가 되었던 것 같다.
7. 참고 문헌 (Reference)
* 유체역학 : Streeter&Wylie,
- 유체역학 : 하재현 외 3명
- 열전달과 응용 kirk D.Hagen prentice hall 1999
- Fluid Mechanics(third edition) / Frank M. White / McGRAW-HILL, INC.
- 유체 역학 / Alexander J. Smits / 시그마 프레스
- Fundamentals of Fluid Mechanics (second edition) / Bruce R. Munson / John Wiley & Sons, INC.

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