레이놀즈수 측정실험 (유체역학)

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레이놀즈수 측정실험 (유체역학)에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

유체입자들이 대단히 불규칙적인 경로로 움 직일 때 난류(turbulent flow)라 한다. 유체의 평균속도를 V, 관의 내경을 d, 유체의 밀 도와 점성계수를 각각 와 라고 하면 레이놀즈수를 다음과 같이 나타낼수 있다.
Re =
그런데
V=
그러므로
Re =
여기서 V는 동점수계수 (/s)이다. 층류에서 난류로, 또는 난류에서 층류로 천이할 때 의 유속을 임계속도라 하고, 그 때의 레이놀즈수를 임계레이놀즈수라하고 한다. 층류에서 난류로 바뀔 때의 레이놀즈수의 값을 상임계레이놀즈수라 하고, 난류에서 층류로 바뀔 때 의 레이놀즈수를 하임계레이놀즈수라 한다.
3. 실험 장치 및 방법
3.1 실험 장치
레이놀즈 수 실험장치는 수조 내의 물이 유리관을 통하여 흐르는 동시에 색소액도 작은 모세관을 통하여 물과 같이 흐르게 하며, 유량 조절 밸브로 관속의 물의 속도를 조절하여 물의 층류와 난류 상태를 파악할 수 있는 수리 실험에 있어서 가장 기초적인 실험 기구로 간단한 조작으로 실험이 가능하다.
본체의 크기 1,300(W) x 290(D) x 1350(H)mm
수조의 크기 1,200(W) x 210(D) x 350(H)mm
수조의 재질 Glass 5.0t
측정관 관의내경 020 x 관의길이 960mm
유량 조절 밸브 20A Gate valve
색소 토출구 01.0mm SUS Needle pipe
색소통 Acryl 원통 050 x 80mm
색소 조절 밸브 1/8" 니들밸브
부속품 :　온도계, 초시계, 색소액, 호 스
fig1 레이놀즈수 측정 실험장치의 개략도
3.2 실험 방법
가. 그림 6.2의 Reynolds수 측정 장치에서 H를 잠그고 F를 열어 저수탱크 B 에 적당한 높이로 물을 채운다
.나. H를 약간 열어 유리관 D에 물이 흐르게 한다.
다. 염료를 밸브 G를 조정하여 가는 선이 되도록 주입한다.
라. 상임계 레이놀즈 수의 측정 (층류→난류)
1) 염료선을 관찰하면서 유리관내에 유동이 층류가 되도록 H를 잠근다.
2) H를 서서히 열어 파이프내의 물의 유속을 증가시킨다. 이때 H를 조정할 때마다 안정상태를 유지시킨다.
3) 층류에서 난류로 넘어가는 상태가 되면 H를 고정시키고 mass cylinder 및 stop watch로 유량을 정확히 측정한다.
4) 위의 절차를 5회 이상 반복하면서 결과를 측정한다. 실험시 실험장치 주위의 충격,
진동을 방지한다.
5) 하임계 레이놀즈수의 측정 (난류 층류)
난류상태가 되도록 4를 열어 놓고 위 실험의 역과정을 수행한다.
4. 실험 결과 및 토의
실험의 상임계레이놀즈수 결과는 2300이하의 값이 나와서 오차가 거의 없다고는 판단이 되지만 하임계레이놀즈수의 경우 난류이하의 값인 2241이 2번 나온 것을 볼 수 있다.
이는 첫째, 관찰자가 난류와 층류를 정확히 구분하지 못하는데서오는 오류이다. 즉, 육안으로 판단하는 층류와 난류는 실제 난류와 층류를 구분 짓는데 한계가 있다는 것이다.
둘째, 밸브의 조절과정에서 유량을 증가 혹은 감소시킬 때 한 번에 유속을 멈출 수 없었다는 점이다.
이러한 오류의 원인을 제거하기 위해선 잉크의 방출을 늘려서 유체 유동의 흐름을 명확히 확인 할 수 있게 하거나, 정확한 표준을 정하여 난류와 층류를 구분하여야겠다. 밸브의 문제는 수동이 개폐장치가 아닌 자동 개폐장치를 이용하여 한번에 유속을 멈추어 준다면 밑의 결과와 같은 오차는 거의 없어질 것이다.
구 분
회수
물의 양
시간
유량
유속
Re
상임계
레이놀즈수
(층류->난류)
1
20.48
0.07
1743
2
22.32
0.09
2241
3
16.42
0.07
1743
4
10.01
0.08
1992
5
21.23
0.06
1494
평균
18.09
0.07
1743
하임계
레이놀주수
(난류->층류)
1
13.80
0.17
4234
2
8.32
0.09
2241
3
22.89
0.19
4732
4
26.70
0.31
7721
5
8.36
0.09
2241
평균
16.01
0.17
4234
물의 성질
물의 온도(℃)
동점성계수
밀도
20
998.23
Re = , V= (d=25mm)
Re =
5. 참고문헌
유상신, 배신철, 서상호, 유체역학 제4판, 희중당, 1994
sfel.enets.co.kr(숭실대학교 유체역학 실험실 홈페이지)
http://cafe.naver.com/machinenow.cafe
http://www.wizpark.co.kr/wizpark/WizFileView.php?seq=951022&View=1

키워드

유체,   실험,   레이놀즈,   레이놀즈수,   측정