Pitot tube의 각도변화에 따른 유효압력측정

소개글

Pitot tube의 각도변화에 따른 유효압력측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.실험 개요

2.실험 목적

3.실험 장치

4. 실험 이론(실험 방법)
4.1 실험이론
4.2실험방법

5.실험결과

6.오차분석

7.고찰

본문내용

(베르누이)
전압(측정치)
상대오차
절대오차 (%)
0
7407.03
7406.55
-0.480489796
0.0065
6.61
7407.071
7406.55
-0.520530612
0.0070
18.6
7407.071
7406.55
-0.520530612
0.0070
27.97
7426.65
7426.17
-0.480489796
0.0065
36.41
7446.19
7445.79
-0.400408163
0.0054
49.74
7436.18
7435.98
-0.200204082
0.0027
59.14
7436.02
7435.98
-0.040040816
0.0005
70.31
-
7426.17
-
-
90
-
7426.17
-
-
- 위의 표에서 알 수 있듯이 각도 변화에 따른 측정된 전압과 마노미터 수주 높이차를 이용해 계산된 전압의 차이는 거의 없다고 할 수 있을 정도로 오차가 적은 것을 알 수 있다. 그러나 위 결과에서 확연하게 드러나는 70.31deg 이후 동압 및 전압을 계산할 수 없었던 현상(즉, 정압이 전압보다 높게 측정되는 현상)에 대해 생각해 보지 않을 수 없다.
- 계산에 의한 전압과 측정에 의한 전압간의 오차에 대해 생각해보면,
① 유동 방향과의 불일치로 인해 관을 지나는 유동이 일어날 가능성
② 비교적 작은 크기인데다 Ground effect에 의해 풍동으로부터 불어오는 바람의 방향이 교란을 받아서 영향을 주었을 가능성
③ Pitot tube와 Manometer를 연결하는 고무관이 풍동에서 나오는 바람에 의해 간섭받았을 가능성
④ 물을 이용한 Manometer이기 때문에 물의 점성효과에 의해 수주 높이를 정확히 읽지 못해서 발생한 오차
등을 고려할 필요가 있다.
- 일정 각도 이상 넘어갔을 시 정압이 전압보다 높게 측정되는 현상에 대한 오차는
① 유동방향과의 편각(yaw)에 대한 감도저하
② 관 상류단의 형태가 둥글게 되어 있음에 따라 실제 속도보다 좀 더 높은 속도가 발생하고(관 표면을 따라 가는 유선은 이동해야 할 거리가 좀 더 늘어나게 되고 베르누이 정리에 의해 속도 증가) 이에 따라 개구에서 측정되는 정압은 낮아지므로 이에 따라 오차 발생 => 이 현상을 보정하기 위해 정압관마다 실험적으로 결정되는 장치계수 이 있고, 이에 의해 동압의 속도 V는 다음과 같이 수정되어야 한다.
③ Pitot tube가 0° 일 때는 전압 측정 팁 부분의 단면적은 원에 가깝고 정압 측정 개구부분의 바람 방향에 대한 단면적은 0(그래서 이때 동압은 ‘0’ 이므로 정압만 측정됨)이 되지만, 점점 앞으로 기울일수록 팁 부분의 바람 방향에 대한 단면적은 줄어들고 정압 측정 개구부분의 단면적은 증가한다. 이로 인해 정압 측정 개구로부터 속도에 의한 동압이 함께 측정될 것으로 예상된다. 이를 방지하기 위해선 개구의 크기를 가능한 한 작게 하는 편이 좋지만 제작 시 어려움이 예상된다.
7. 고찰
실험 방법이 비교적 쉬운 편이라 결과는 쉽게 도출 되었지만 그 결과를 분석하고 오차에 대한 원인을 이해하는 과정이 다소 어려웠다고 생각한다. 비록 일정 각도 이상이 되었을 때 동압을 측정하지 못하는 결과가 나오긴 했지만 Pitot tube에 어느 정도의 기울임을 주어도 계산결과는 생각보다 오차가 적었다는 것으로 보아 단순해 보이는 기구로부터 상당히 정확도 있는 측정 결과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었고 기존에 수식으로만 접했던 동압, 정압, 전압 사이의 관계를 직접 측정함으로서 알 수 있었다. 실제 측정시 유동 방향과의 편각 또는 방향 불일치를 완전히 잡는 것은 불가능하므로 다소의 편각이나 기울임이 발생했을 시 발생하는 오차를 최소화 하는 것이 유리할 것이다.

키워드

pitot tube,   피토튜브,   유효압력,   풍동실험,   베르누이 방정식,   피토관,   액주계,   Manometer