fitting 마찰 실험

목차

[1]실험명
[2]실험목적
[3]이론적 배경
[4]실험 장치 설명
[5]실험방법
[7]분석 및 고찰

본문내용

. Globe valve-loss
[5]실험방법
-관수로 실험 장치- -하부 수조-
① 하부수조에 물이 가득 채워져 있는지 확인하고 그렇지 않으면 채운다.
② 파이프 내부에 들어가 있는 공기를 빼기 위해 유량을 최대로 하여 공기 들을 모두 밀어낸다.액주계와 액주계연결튜브에 공기방울들이 보이지 않 으면 공기들이 모두 빠진 것이다.
③ 공기가 모두 빠졌으면,유량조절밸브를 닫고 벤치밸브를 조금만 열어둔다
④ 액주계의 초기위치를 잡아놓기 위하여 유량조절밸브를 약간 연 상태에서 공기배출밸브를 열어 액주계안으로 공기를 유입시켜 액주계의 높이를 적 정한 높이로 맞춘다.
액주계와 유량조절밸브
⑤ 각각의 배관에 맞는 번호의 밸브를 열어 측정한다.
밸브
d1
d2
Elbo
1
2
급 확대단면
29
30
급 축소단면
31
32
점차 확대단면
3
4
점차 축소단면
5
6
⑥ 액주계를 읽으면서 밸브를 조절하여 유량이 1.0, 1.5, 2.0, 2.5/min이 되도록 만들고 이 때 90°Elbo, Reducer, 급단면 변화부분에서의 압력강 하를 측정한다.
Elbo
Reducer급확대, 축소 단면
⑦ 액주계의 초기위치를 잡아놓기 위하여 유량조절밸브를 약간 연 상태에서 공기배출밸브를 열어 액주계안으로 공기를 유입시켜 액주계의 높이를 적 정한 높이로 맞춘다.
눈금 표시선
⑧ 액주계의 높이를 맞춘후에 유량조절밸브를 닫고 벤치밸브도 닫는다.
⑨ 게이트밸브는 완전히 개방된 상태에서 실험 측정에 들어간다.
⑩ 층류유동과 난류유동의 차이점을 알아내야 하므로 처음에는 가장 낮은 유속으로 설정한다.
⑫ 각 피팅의 입구와 출구부분에 연결된 액주계값을 측정하여 기록한다.
액주계값의 기록이 끝나면 게이트밸브에서의 손실을 측정하기 위해 게 이트밸브를 완전히 잠근후에 백래시 이후부터 약 반바퀴정도만 열고 별 도로 장착되어 있는 압력게이지에 나타난 값을 기록한다.이때 공기의 유 입을 막기 위해서 미터굴곡피팅에 있는 압력택을 잠근다.
⑬ 측정이 끝나면 다시 게이트 밸브를 완전개방하고 압력탭을 풀어준후에 유량을 증가시켜 ⑫~⑬과정을 반복한다.
[7]분석 및 고찰
①전체 내용
:저수조의 물을 펌프로 펑핑하고, 그 유량을 4개의(Elbow,점차확대,점차축소,급확대,급축소) 관내에 흐르게 하여 관 마찰 실험을 하는 것이다. 실험에 관한 이론적 배경은 주로 베르누의 방정식을 기초로 하여 각 관에서의 마찰 손실 수두를 측정. 관의 직경에 따른 마찰 손실 수두로 레이놀드 수와 마찰계수를 산정하여 Moody diagram과 비교 분석하여 이론적인 값과 비교를 하는데 있다.
②오차의 원인 및 해결방안
a.실험오차
:사람이 직접 하는 실험이기에 발생하는 가장 기본적 오차.
1.압력수두를 읽을 때 압력이 어느 정도 올라가 정지해야 하는 것이 옳은 것 이지만, 실험 장치의 경우 어느 계속해서 올라가는 현상 이 발생.(실험조는 수두가 동시에 올라가는 시기에 동시에 밸브를 Off 하는 것으로 실시.)
2.얇은 관 속 에서의 모세관 현상으로 인한 치수 읽음의 오차.
3.실험장치의 노후화.(배관 내의 이물질)
4.유량과 압력의 변화.
b.오차해결 방안(각각의 오차에 대한 것)
:모든 장치를 센서로 설치 감지를 하게 된다면 정말 Moody diagram과 똑같은 선도의 형상을 보이며 오차가 거의 0에 가까워 질 것 이다. 하지만 위에서 말한 이유들로 인하여 오차가 발생한다.
1.압력수두를 읽을 때 압력이 어느 정도 올라가 정지해야 하는 것의 문제는 어느 한 부분에서의 공기 누출로 인해 압력을 유지 못 하는 것으로 생각된다. 간단하게라도 비눗물을 압력 수두 계측 부분에 묻혀 기포가 발생하는지에 대해 Test를 해보는 것이 있다.
2.얇은 관 속에서의 모세관 현상은 아무리 수치를 잘 읽는다고 해도 기계보다는 정확 할 수 없다. 이 부분은 실험에 있어서 가장 중요한 부분이기에 이 부분은 꼭 센서 장치를 설치해야 한다.
3.이 실험은 제목 그대로 관 마찰 저항 측정 실험이다. 실험 장치는 물을 사용하는 것으로 관 속은 대기 중에 노출된 물이 관을 통해 흐를때 오염물질(특히, 물속에 포함되어 관을 통해 흐르다 관속에 밀착되는 경우)이 있다. 이것을 해결하기 위해 가장 간단하게 실험 시에 물을 새로운 물로 교체를 하고, 예를 들어 시중에 판매되고 있는 Pipe 안의 오염물질 청소 제품으로 실험 장치를 관리해야 한다.
4.유량과 압력에서 장치에서 게이지의 단위가 “초”단위도 아닌“시간”의 단위이다. 즉, 오차의 범위가 아주 크다는 것을 의미한다. 여기서도 게이지에 아무리 잘 맞추어도 정확한 유량과 압력을 설정하는 것은 센서를 설치하는 것이 바람직 할 것 같다.
③느낀점
:도관의 단면이 갑자기 커지면 유체의 흐름이 벽에서 분리되어 확대 단면에 분출된다. 이는 팽창하여 큰 도관 전체 단면에 꼭 차게 된다. 팽창과 도관 벽 사이에는 경계층 분리의 특성인 와류운동을 하는 유체로 꽉 차게 되므로 이공간에서는 상당한 마찰이 발생하게 된다. 그리고 도관의 단면이 갑자기 줄어들면 유체가 예리한 모서리를 따라 흐르지 못하므로 흐름과 도관 벽과의 접촉이 깨진다. 실험결과에서와 같이 단면의 급격한 확대, 축소로 인한 마찰손실은 작은 도관에서의 유체의 속도두에 비례한다는 것을 알 수 있었다. 이음쇠 및 밸브의 영향- 이음쇠 (fitting, 관 부속품)와 밸브는 정상 유선을 교란하여 마찰이 생기게 된다. 짧지만 이음쇠가 많은 관에서의 마찰 손실은 곧은 관에서보다 커진다. pipe 굴곡부분(Radius)에 있어 pipe의 굴곡정도가 굴곡부의 전손실수두에 미치는 영향이 있을 알아볼 수 있다는 것 또한 시험으로 증명해 보고싶었다. 이론적으로는 일정 굴곡까지 마찰 손실에 영향을 미치다가 (50mm→100mm) 어느정도의 굴곡 이상에서는 영향이 줄어드는 것을 관찰할 수 있었다.
실험을 통해 이론값과 정확한 결과 값은 얻어내지 못했지만, 실험에서 사용된 이론적 배경 및 여러 장치의 종류를 한번 더 정리하면서 앞으로의 실험도 기대가 되고 아쉽운 점은 인터넷으로 찾아보면서 곡관에서 곡률반경에 따른 마찰손실수두를 실험해 보았으면 하는 것이 있었고 기회가 된다면 해보고 싶은 마음이 든다.

키워드

피팅류,   fitting,   유체,   실험