관로마찰

목차

1. 관내 유동에 대한 이론적 고찰
1) Fully Developed Flow
2) Entry Length
3) 실제 관내 유동의 특징
4) 관내에서 발생하는 손실
5) 유량계와 토출계수

2. 관내 유동에서 마찰계수와 주손실 관계
1) 마찰계수
2) 주손실

3. 관이음(Pipe Fitting)에서의 부손실

4. 유량계의 토출계수

5. 관로마찰 실험 장치
1) 장치 설명
2) 장치의 제원
3) 실험 과정

6. 실험 결과
1) 속도
2) 수두 손실
3) 마찰계수
4) K
5) Cd(토출계수)

7. 오차 분석 및 토의

본문내용

러 직경의 관에서의 마찰계수와 관이음들의 손실계수를 얻기 위해 적합한 곳에 여러 압력 탭들을 만들고 이를 비닐 튜브로 다관 마노미터에 연결하여 압력 차이를 기록할 수 있도록 제작되어 있다.
2) 장치의 제원
[관직경]
[이음 및 유량계]
관 내경(
D_{ i }
) [mm]
D [mm]
d [mm]
관 1
37.7
Venturi
37.7
18.85
Nozzle
28.0
12.0
관 2
37.7
Orifice
16.7
10.0
축 소 관
37.7
16.7
관 3
28
급 수 축 관
37.7
18.85
3) 실험 과정
1. 장치의 오른쪽 물탱크에 물을 약 ⅔ 채운다.
2. 펌프의 전원 스위치를 "ON" 시킨다.
3. 펌프 토출구의 Gate Valve를 연다.
4. 측정하고자 하는 관의 출구밸브를 열고 나머지 관들의 출구밸브는 모두 잠근다.
5. 펌프 토출구의 밸브와 관 출구의 밸브의 개폐 정도를 조절하여 상부의 탱크(Weir)에서 물이 넘치지 않도록 한다.(이 때 대기에 노출된 다관 마노미터 액주의 수두높이가 변화하지 않게 한다. 이는 정상유동이라고 가정을 하기 위해서 꼭 필요한 조치로 1번 마노미터를 보면서 Check한다.)
6. 측정하는 관에 설치된 압력 탭 위치에서 압력들을 수두높이로 기록한다.
7. 유량을 기록한다.
8. 다른 관에 대해서도 과정 4부터 7까지를 반복한다.
9. 유량을 변화시켜서 과정 4부터 8까지를 반복한다.
10. 자료를 정리하고 결과를 계산하고 실험 결과를 다른 자료와 비교한다.
- 관의 마찰계수와 Reynolds No.의 관계를 Moody 선도를 이용해서 비교한다.
- 관이음의 손실계수를 유체역학 또는 부록의 자료를 이용해서 비교한다.
- 유량계의 토출계수와 Reynolds No.의 관례를 비교한다.
11. 결과 분석에 대한 토의를 한다.
- Moody Chart -
22
14
Nozzle
15
16
13
Gate Valve
2
3
12
Venturi
11
10
9
4
급축소/급확대관
5
6
8
관
7
- 우리가 실험한 장치의 압력 탭 부착 위치와 간단한 형상 -
6. 실험 결과
Q
(l/min)
Tab Number
2
3
4
5
6
7
8
8
10
11
12
13
14
15
16
1관
-
-
-
-
-
-
-
-
X
X
X
X
X
X
X
X
-
-
-
-
-
-
-
-
x
x
x
x
x
x
x
X
2관
-
-
-
X
X
X
X
X
-
-
-
-
X
X
X
X
-
-
-
X
X
X
X
X
-
-
-
-
X
X
X
X
3관
-
-
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
-
-
-
-
Q
(l/min)
Venturi(2관)
Nozzle(3관)
-
-
X
-
-
X
-
X
-
1) 속도
Q
(l/min)
V
(m/s)
1,2관
(D:0.037m)
20
0.374
50
0.935
3관
(D:0.028m)
20
0.5491
급축소/급확대
(D:0.01885)
20
1.193
50
2.987
<- 이것은
V =
{Q} over {A}
=
{4Q} over {{ pi }{{D}^{2}}}
를 이용해서!!
2) 수두 손실(Head Loss, hm)
1관 - Q : 20 (l/min)
1관 - Q : 50 (l/min)
2관 - Q : 20 (l/min)
2관 - Q : 50 (l/min)
3관 - Q : 20 (l/min)
구간
hm
구간
hm
구간
hm
구간
hm
구간
hm
4-5
0.010
4-5
0.01
3-9
0.042
3-9
0.125
13-14
0.055
5-6
0.007
5-6
0.02
9-10
0.002
9-10
0.022
14-15
0.595
6-7
0.153
6-7
0.715
10-11
0.013
10-11
0.018
15-16
0.042
7-8
0.015
7-8
-0.095
11-12
0.025
11-12
0.082
3) 마찰계수 f (friction factor)
ⅰ) Q=20, 구간 5-6
f
=
{{D}{2g}} over {{L}{{V}^{2}}}
{h}_{m}
=
{{(0.0377) (2 9.81)} over {(1.1) {(0.374)}^{2}}} 0.007
= 0.0337
ⅱ) Q=50, 구간 5-6
f
=
{{D}{2g}} over {{L}{{V}^{2}}}
{h}_{m}
=
{{(0.0377) (2 9.81)} over {(1.1) ({0.935)}^{2}}} 0.02
= 0.0154
ⅲ) Q=20, 구간 9-10
f
=
{{D}{2g}} over {{L}{{V}^{2}}}
{h}_{m}
=
{{(0.0377) (2 9.81)} over {(1.0) ({0.374)}^{2}}} 0.002
= 0.0104
ⅳ) Q=50, 구간 9-10
f
=
{{D}{2g}} over {{L}{{V}^{2}}}
{h}_{m}
=
{{(0.0377) (2 9.81)} over {(1.0) ({0.935)}^{2}}} 0.022
= 0.0183
ⅴ) Q=20, 구간 15-16
f
=
{{D}{2g}} over {{L}{{V}^{2}}}
{h}_{m}
=
{{(0.028) (2 9.81)} over {(1.76) ({0.541)}^{2}}} 0.042
= 0.045
4) K (손실계수)
k
=
({{h}_{m}})/({{V^2} over {2g}})
구간
유량
4 - 5
6 - 7
7 - 8
10 - 11
20
1.403
2.11
-0.207
1.823
50
0.649
1.571
-0.209
0.404
5) Cd (토출계수)
V_{ 2 }
=
sqrt { { 2g(h_{ 1 } -h_{ 2 } ) } over { 1-(A_{ 2 } /A_{ 1 } )^{ 2 } } }
,
Q_{ th }
=
A_{ 2 } sqrt { { 2g(h_{ 1 } -h_{ 2 } ) } over { 1-(A_{ 2 } /A_{ 1 } )^{ 2 } } }
Q_{ a }
=
C_{ D } Q_{ th }
C_{ D }
=
{Q_{ a } } over {Q_{ th }}
유량
유량계
20 (l/min)
50 (l/min)
venturi
0.6681
0.505
nozzle
2.3
·
7. 오차 분석 및 토의

키워드

관로,   마찰,   관로마찰,   공학,   실험,   공학실험