종합유체실험

목차

Abstract…………………………………………………………………………1
1. Introduction………………………………………………………………2-5
　1.1 실험목적………………………………………………………………　2
　1.2 Fluid………………………………………………………………………2
　1.3 Flowmeter………………………………………………………………2-3
　1.4 Venturimeter………………………………………………………………3
　1.5 Orificemeter………………………………………………………………4
　1.6 베르누이 방정식(Bernoulli\'s Equation)……………………………4
　1.7 레이놀즈수(Reynolds number)………………………………………… 5
2. Experiment……………………………………………………………………6
　2.1 실험 준비물………………………………………………………………6
　2.2 실험 방법………………………………………………………………　6
3. Results & discussion……………………………………………………7-17
　3.1 벤츄리실험(venturi meter)…………………………………………7-8
　3.2 오리피스 실험(orifice meter)………………………………………8-9
　3.3 급확대 실험……………………………………………………………9-10
　3.4 급축소 실험………………………………………………………………11
　3.5 90°L-bow 실험………………………………………………………12-13
　3.6 부속품의 마찰 손실 측정실험………………………………………13-17
　3.6.1 볼 벨브………………………………………………………………13-14
　3.6.2 게이트 벨브…………………………………………………………14-16
　3.6.3 글로우벨브……………………………………………………………16-17
4. Conclussion…………………………………………………………………18
References………………………………………………………………………19

본문내용

알아내기 어렵다는 조교님의 조언으로 17LPM 13LPM 8LPM 3가지 유량으로 다시 수정하게 되었다.
처음 실험을 준비할 때, manometer 관로에 기포를 빼주는 것에서 많이 헤매었지만 그걸 해결하고 water manometer의 초기 수두차를 최대한 똑같이 맞추는 과정은 어려움 없이 끝낼 수 있었다.
먼저 벤츄리 실험결과에서 로터메타유량을 적게 할수록 수두차도 작아지고 메스실린더로 떨어진 유량도 3.154X10^-4㎥/sec, 2.4X10^-4㎥/sec, 2.037X10^-4㎥/sec로 점점 떨어짐을 알 수 있다.
유량계수는 거의 일정한 비율로 (Q측정/Q이론) 결과가 나와야 한다고 생각하는데 어찌된 영문인지 점점 느는 결과가 나왔다.
이는 측정되는 값에 비해 이론으로 계산한 값이 더 작아진다고 볼 수 있다.
유량계수가 1에 가까워질수록 실험했을 때의 문제점을 알 수있는 것은 물론이고
1에 가깝지 않는 숫자가 이 실험의 오차를 확인하는 방법이기도 하다.
17LPM은 29.6% 13LPM은 14.4% 8LPM은 159.6%의 오차율이 나왔다.
결과값을 계산할 때 이론값을 구하는 식에서 직경도 같고 넓이도 같고 중력가속도도 같으므로 수두차를 구하는 과정에서 잘못되었을 것이다.
수두차를 측정 시 약 5초를 기준으로 관속의 흐르는 유량을 멈추고 그 즉시 수두차를 확인하였는데 water manometer의 수두차는 순식간에 변화를 하기 때문에 아무리 정확히 차이를 확인하였다고 해도 눈으로 확인하는 이상 어느정도 이상의 오차는 발생할 것이라는 가능성이 크다.
마찬가지로 오리피스 실험에서도 로터메타가 적어 질 수록 수도차도 적어지고 메스실린더 내의 유량도 2.89X10^-4㎥/sec, 2.54X10^-4㎥/sec, 2.14X10^-4㎥/sec 로 점점 줄어들고 있다.
유량계수도 차이가 점점 커지고 있고 17LPM은 21.4% 13LPM은 18.1% 6.6%로 8LPM이 1에 제일 가깝게 나왔다.
계수의 차이가 많이 나지 않다는 것은 이론과 측정값이 비슷하기 때문에 실험했던 것은 다른 유량차이에 비해 오차가 적지 않다는 의미라고 생각한다.
위에 말한 두 실험에서 흐르는 유체의 미소부분에 작용하는 관성력과 점성력과의 비를 나타내는 레이놀드의 수를 계산하여 봤을 때, 로타메타의 유량이 작아질수록 그 수도 같이 작아지는 것을 볼 수 있다.
이는 점도와 밀도, 관경이 일정하므로 레이놀드의 수 변화와는 관련이 없다고 생각하고, 유속에서 그 차이가 나고 있는 것으로 생각되어지고 로타메타의 유량이 작아지니 그와 비례하여 유속도 작아지기 때문에 레이놀드의 수가 점점 작아지는 것으로 판단되어진다.
급확대 및 급축소실험은 유체가 갑자기 직경이 변화하는 관 안에서 손실되는 에너지 값을 측정하는 실험이다.
이 실험도 위에 것과 마찬가지고 유량과 수두차 그리고 떨어지는 메스실린더의 유량이 서로 비례하여 점점 적어지고 있다.
급확대실험에서는 작은 관에서 큰 관으로, 급축소실험에서는 큰 관에서 작은 관으로 넘어가는 과정의 마찰손실을 확인하였는데 레이놀드의 수는 역시 로타메타의 유량이 작아질 수록 그 수도 적어지고 손실이 된 수두, 마찰손실 정도도 같이 줄어 들었다. 마찰손실에서는 처음에 생각했을 때, 유속이 빨라질 수록 유체가 관에 닿는 마찰에 의한 손실이 적을 것이라 했는데, 예상 밖으로 마찰손실은 늘어났음을 볼수 있었다. 손실값을 계산하는 식에서 유속이 클수록 마찰손실값에 곱해주는 값이 커지므로 손실도 커진다는 것을 이론으로 더 확실히 알 수 있었다.
그리고 앞에 있던 실험에서의 수두차와 유량계수도 마찰손실로 인해 오차가 난다는 결론이 났다. 마찰로 인해 유량이 줄어들기도 하였다는 것이다.
90°L-bow실험의 경우는 로타메타가 높을수록 마찰손실계수는 유량이 커질수록 유속도 빨라지기 때문에 계수를 구하는 식에 따라 작아지게 된다.
부속의 마찰손실측정실험에서도 로타메타유량-수두차-메스실린더유량이 그로브밸브, 게이트밸브, 볼밸브 각각 값이 비례하는 것으로 나오고, 관내유속도 다른 실험과 마찬가지로 비례하게 나옴을 확인할 수 있었다.
마지막 그로브밸브실험에서는 로타메타유량은 다른 실험과 같이 8, 13, 17LPM으로 하지 않고 8, 13, 15LPM으로 하게 되었다.
마지막 17LPM을 측정 시, 유량이 올라가지 않아 부득이하게 15LPM으로 했는데, 압력이 그 위까지 올라가지 못한 이유는 아무래도 관을 통해 올라가는 유체가 압력이 약해서 유량도 위로 못올라게 되는것로 추정되었다. 기계의 구조가 그로브벨브는 90°로 꺾인 관을 수압으로만해서 올라가 수두차를 보여야 하기 때문에 아무래도 힘이 모자라지 않았다 하고 모두들 생각하였다.
그리고 manometer의 관로의 기포가 제대로 빠지지 않고 하였을 가능성도 있고 실험을 계속이어가면서 하였기 때문에 기포가 생기는 것을 발견하지 못하고 수두차를 측정하였거나 유량을 조절했을 것이다.
이번 학기 첫 실험에서 유량의 조절로 수두차를 측정하여 각각에서 요구하는 값을 구하는데 있어서 실험 자체는 어렵지 않았지만 계산하는 데 많은 공식이 요구되었고, 아직 유체역학을 제대로 익히지 못한 탓에 실험을 이해하는데도 어려움이 있었다. 그리고 이론상으로 각각 로타메타유량이 정해져있지 않았기 때문에 오차를 계산하기도 기준이 애매모호 하기 때문에 어떤 곳에서 문제가 발생하였는가 예상하기도 쉽지 않았다.
그래도 의견을 적어가면서 생각을 정리를 하여보니 유량과 수두차, 유속의 관계, 유체역학 에 관한 이론을 이해할 수 있게 되었고, 레이놀드의 수와 마찰손실측정의 개념을 제대로 익힐 수 있었기 때문에conclusion을 적고 나서야 실험을 완전히 끝낼 수 있었다.
REFERENCES
1. http://mybox.happycampus.com/trmsyu/4719526/?agent_type=naver
2. http://100.naver.com/100.nhn?docid=54955
3. http://100.naver.com/100.nhn?docid=829755
4. http://blog.naver.com/jungho754?Redirect=Log&logNo=130006829004

키워드

종합유체,   벤츄리,   레이놀즈