관 마찰계수 측정 실험

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관 마찰계수 측정 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 이론

3. 실험 결과

4. 토의 및 결론

5. 참고 문헌

본문내용

25
3
1000
9.50
1.053*E-04
72
4
1000
6.25
1.600*E-04
89
20mm 관 에서와 같은 방법으로 레이놀드 수, 평균 선속, 마찰계수, 손실 수두를 계산 하였다.
◎조건
ρ(밀도)=999.1kg/m3
μ(점도)=1.14*E-03kg/m*s
D=0.016m
A(단 면적)=2.01*E-04m2
L(실험관 길이)=2m
실험에 사용된 관 :drawn tubing
등가 거칠기(e) : 0.0015mm
상대조도(e/D) : 0.0015mm/16mm =9.38*E-5
◎계산 결과 정리
실험
평균선속(m/s)
레이놀즈 수
유체 흐름
마찰계수
손실수두(mm)
1
0.1300
1822.91
층류
0.0351
3.78
2
0.0649
910.05
층류
0.0703
1.89
3
0.5239
7346.36
난류
0.012
20.98
4
0.7960
11161.88
난류
0.012
38.75
③ 13mm 관
실험측정변수
유량(ml)
평균시간(s)
평균유속(m3/s)
손실수두(mm)
1
1000
48.05
2.614*E-05
70
2
1000
56.60
1.305*E-05
83
3
1000
14.09
1.053*E-04
113
4
1000
8.74
1.600*E-04
148
20mm 관 16mm 관 에서와 같은 방법으로 레이놀드 수, 평균 선속, 마찰계수, 손실 수두를 계산 하였다.
◎조건
ρ(밀도)=999.1kg/m3
μ(점도)=1.14*E-03kg/m*s
D=0.013m
A(단 면적)=1.33*E-04m2
L(실험관 길이)=2m
실험에 사용된 관 :drawn tubing
등가 거칠기(e) : 0.0015mm
상대조도(e/D) : 0.0015mm/13mm =1.15*E-4
◎계산 결과 정리
실험
평균선속(m/s)
레이놀즈 수
유체 흐름
마찰계수
손실수두(mm)
1
0.1965
2238.77
층류
0.0286
8.66
2
0.0981
1117.68
층류
0.0573
4.32
3
0.7917
9020.03
난류
0.0135
66.35
4
1.2030
13706.07
난류
0.0135
153.19
4. 토의 및 결론
4-1. 토의
◎ 레이놀즈 수와 마찰계수와의 관계 (4)
① 층류일 때,
Re
마찰계수
910.05
0.0703
1117.68
0.0573
1244.49
0.0514
1539.0
0.0416
1822.91
0.0351
2238.77
0.0286
② 난류일 때,
Re
마찰계수
7346.36
0.012
9020.03
0.0135
9707.04
0.011
11161.88
0.012
13706.07
0.0135
14351.98
0.011
층류일 경우 레이놀즈 수가 커지면 그에 따라 마찰계수가 작아지는 것을 확인 할 수 있다,
하지만 난류의 경우 레이놀즈 수에 의한 마찰계수의 관계는 찾기 어렵다.
하지만 상대조도에 따른 마찰계수의 변화를 보면
관 마찰계수가 상대 조도가 커짐에 따라 증가 하는 것을 확인 할 수 있다.
즉, 난류일 경우 마찰계수는 레이놀즈 수에 크게 영향 받지 않고 상대 조도에 더 큰 영향을 받는 다는 것을 알 수 있다.
◎ 난류 범위 내에서의 레이놀즈 수와 마찰계수와의 관계가 f = αRβ 와 와 같이 된다고 가
정할 때 그래프로부터 α, β의 값을 구하고 이를 Blausius의 식 f = 0.316R-1/4과 비교
위에서 구한 마찰계수는 무디 선도를 이용한 대략적인 수치이므로 Blausius의 식
f = 0.316R-1/4 와 비교 하였을 때 오차 범위가 크게 나타 난다.
20mm 관 의 경우 상대 조도와 레이놀즈 수를 이용하여 무디 선도에서 마찰계수를 구할
경우 레이놀즈 수의 10000이상 정도의 차이가 있을 경우 마찰계수의 차이를 눈으로 읽을
수 있으므로 마찰계수가 같은 값으로 나온다.
◎ 측정된 손실 수두와 계산된 손실 수두의 비교(5)
20mm 일때
Re
측정값
계산값
1822.91
14
1.63
910.05
12
1.32
7346.36
95
17.19
11161.88
75
37.59
16mm 일때
Re
측정값
계산값
1822.91
27
3.78
910.05
25
1.89
7346.36
72
20.98
11161.88
89
38.75
13mm 일때
Re
측정값
계산값
2238.77
70
8.66
1117.68
83
4.32
9020.03
113
66.35
13706.07
148
153.19
각 관의 지름에 따른 손실수두의 측정값과 계산된 값을 비교하여 보면
측정치가 계산치 보다 크게 나오는데 이 이유는 관에서 생기는 손실이 유체가 흐르면서
생기는 마찰손실이 관벽의 조도에 의한 것뿐만이 아니 부가적인 손실이 있기 때문이다.
관 입구에서의 손실이나 손실 수두 측정을 위한 밸브에서의 손실 등이 있기 때문에
측정값이 게산된 값보다 크게 나온다.
그리고 레이놀즈 수에 따른 손실수두의 변화는 측정값과 계산값이 비슷하게 변화 한다.
이는 레이놀즈 수 변화에 따라 층류 일 때는 마찰계수가 반비례하고 난류일 경우 마찰계수
는 큰 차이가 없지만 레이놀즈 수가 같은 관지름에서 변하는 것은 선속이 변하는 것이므로
유속의 변화에 의해 난류의 경우 레이놀즈 수가 증가 하면 손실수두도 증가 하였다.
4-2. 결론
층류와 난류일 때의 레이놀즈 수에 따른 마찰계수의 변화를 측정하고
난류일 경우 마찰계수에 영향을 미치는 변수들을 확인하였다.
그 결과 난류의 경우 마찰계수는 유속의 변화 보다는 관지름의 변화가 더 큰 영향을 미쳤고
손실수두의 경우는 레이놀즈 수의 변화 보다는 유속의 변화에 더 큰 변화를 보였다.
5. 참고 문헌
(1) 급수·급탕 배관시스템의 성능평가 및 개선에 관한 연구
영남대학원 건축 공학 석사학위논문
2006년 2월 조경제
(2) 곡관덕트에 연결된 직관덕트에서 층류유동의 속도분포와 관마찰계수에 관한 연구
조선대 교육대학원 석사학위논문
2004년 2월 신용상
(3) 메카트로닉스를 위한 유체역학
인터비젼 출판, 2002년 9월 김재원 저 p221~223
(4) 유체역학, 반도출판
1996 Gerhart 외 2인 송동주 외 4인 p343~344
(5) 유체역학, 희중당,
1994 유상신, 배신철, 서상호 저 p364~422

키워드

Darcy-Weisbach방정식,   무디선도,   마찰손실수두,   관마찰