유체역학 실험 - 제트충돌 실험

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유체역학 실험 - 제트충돌 실험에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

한 은 Q를 제곱하므로써 구할 수 있다.
힘 는 각 target plate의 이론을 통해 구할 수 있다. 또한 노즐의 직경이 8mm이므로 단면적 A는 이 된다. 물의 밀도는 임의의 온도 15를 설정하여 구하면 이 된다.
----- target plate 90
----- target plate
120
----- target plate 180
힘 는 으로 나타낼 수 있으므로 실험에 의한 질량은 을 통하여 구할 수 있다.
----- target plate 90
----- target plate 120
----- target plate 180
나. 실험 결과 그래프
Target plate에 따른 질량과 유량(Q) 와의 관계 그래프
Fig. 7 Relationship graph with mass and flow
동일한 질량의 추를 설치하고 체적을 동일하게 하더라도 Target plate 형상을 90, 120, 180 으로 바꾸었더니 Target plate에 충돌하여 일정한 체적이 되기 위한 시간은 다르다는 것을 알 수 있다. 또한 동일한 Target plate 형상이더라도 추의 질량의 차이에 의하여 동일한 체적이 되기 위한 시간은 추의 질량이 가벼울수록 크다는 것을 알 수 있다.
유량은 단위 체적에 대한 시간이므로 위의 실험결과표와 같이 구할 수 있으며 그것을 추의 질량과의 관계 그래프로 나타내면 Fig. 7과 같다. 위의 그래프는 각 Target plate 형상을 변하시켰을 때 각각의 추의 질량에 대한 유량과의 관계를 나타낸 것으로 각 Target plate 형상은 다르더라도 증가하는 추의 질량에 대하여 유량은 완만한 증가를 보인다는 것을 알 수 있다. 또한 유량의 크기가 Target plate 90 일 때 가장 크다는 것을 알 수 있다.
Target plate에 따른 질량과 힘() 와의 관계 그래프
Fig. 8 Relationship graph with mass and force()
제트에 의해 작용하는 힘 는 각각의 Target plate의 관련 이론에 의해 구할 수 있다. 일정한 수온에서의 밀도, 노즐의 단면적, 각 Target plate의 유량을 통하여 힘 를 구하면 Table. 1과 같다. 각 Target plate에서 추의 질량에 대한 힘 의 관계를 나타낸 그래프는 Fig. 8와 같다. 위의 그래프를 통하여 각 Target plate에서 추의 질량을 100g씩 증가할 때 힘 은 증가한다는 것을 알 수 있다. 제트에 의해 작용하는 힘 는 물의 밀도와 노즐의 단면적은 일정한 상태에서 추의 질량에 따라 유량이 증가하므로 힘 는 증가한다는 것을 알 수 있다. 즉 추의 질량이 무거울수록 제트에 의해 작용하는 힘 또는 제트충돌의 힘은 증가한다는 것을 알 수 있다. 또한 Target plate의 형상에 따라 제트에 의해 작용하는 힘은 동일한 추의 질량에서 다르다는 것을 알 수 있다.
4-2 토의 및 오차분석 및 고찰
오차의 원인은 스프링 탄성의 균등한 작용 및 완전한 정상상태 유지의 어려움 등이 있었다. 하지만, 가장 큰 원인은 실험장치의 수평이 완전하게 맞추어지지 않아서 제트가 분출되어 target에 부딪히고, 그 다음에 발생되는 물줄기가 다음에 올라오는 제트를 방해해서 target에 힘을 전달하는데 방해작용을 하였다. 불완전한 수평으로 인해 그 방해 작용이 골고루 이루어지지 않고 어느 일부분에 집중되었을 것으로 추측된다.
- 이론치의 계산에서는 가 100 % 중력 방향으로 작용한다는 가정하에 계산하였지만, 실험장치의 수평이 정확하지 않았다면 이론 계산값도 오차가 있을 것이다.
- 이번 실험에서 내가 생각한 오차발생의 가장 결정적인 점은 물이 차오르는 관(물의 부피를 재는관)에서의 오차 발생이다. 실험장치를 가득채운 물을 배수하고 다시 실험하는 과정에서 관속에 물방울이 남아 있다가 다음 실험에서 차오르는 물기둥과 합쳐진다는 점이다. 관속 면에서 물방울이 남아있는 것을 알았지만, 제거할 수 있는 방법을 찾지 못했기 때문에 실험을 계속할 수 밖에 없었다.
동일한 체적에서 각 Target plate가 다른 상태에서 추의 질량을 다르게 실험하면 노즐에 의해 분출된 물이 형상에 충돌하며 걸리는 시간은 형상에 따라 다르며 추의 질량을 100g씩 증가시키면 시간이 줄어드는 것을 확인하였다. 이러한 시간의 변화는 유량의 변화를 가져왔다. 유량은 각 Target plate의 형상이 다른 상태에서 추에 질량의 증가에 의해 증가하는 것을 확인했다. 이러한 유량의 증가는 제트에 의해 작용하는 힘 의 증가라는 사실을 알았다. 그러나 제트에 의해 작용하는 힘 에 의해 구해진 실험 질량 M은 추의 질량보다 상당히 작은 값이 나타나는 오차가 발생하였다. 이러한 오차가 발생한 이유에는 먼저 실험자의 부주의를 들 수 있을 것이다.
이번 제트충돌실험은 노즐에서 분출되는 액체의 유량을 증가시키면 분출속도의 증가로 이어지고 이것은 제트에 의해 작용하는 힘의 증가로 이어진다는 것을 확인했다.
실험 결과를 측정하면서 동일한 질량에 각 형상의 차이로 인해 다른 크기의 힘이 나타나는 것을 알았다. 이러한 형상을 잘 이용한다면 똑같은 힘이 주어질 경우 형상의 차이만으로도 서로 다른 힘을 전달할 수 있을 것 같다는 예상도 해볼 수 있었다.
5. 참고문헌 및 부록
(1) Sin jung chul , Basic fluid mechanics , 2000 , p72 ~ 88
(2) Park jung ki , min yong ki , Fluid mechanics , 1998 , p141 ~ 160
(3) Richard J. Gross , John I. Hochstein , Fundamentals of fluid mechanics , 1992 , p112 ~ 130
(4) Yun jae bok , Kim yung ho , Lee jang hwun , 2003 ,Fluid mechanics ,p62 ~ 69
(5) Rovert W.Fox and Alan T.McDonald
"Introduction to Fluid Mechanics" 4th edition, John Wiley & Sons, Inc. 1994

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유체,   실험,   제트,   충돌