유체의 마찰 손실

목차

1. Subject : 유체의 마찰 손실

2. Abstract

3. Principle
1)유량 및 연속의 법칙(연속방정식)
2)베르누이정리
3) 수평관의 마찰손실
4) 관 마찰에의 적용
5) 관로 요소내의 마찰 손실에 대한 적용

4. Procedure

5. Result and Discussion
1) Result
2) Discussion

6. Conclusion

7. Reference

본문내용

)
0.04
0.0065
6.15
게이트 밸브 (3/4개)
40
게이트 밸브 (4/5개)
0.13
20
게이트 밸브 (3/5개)
0.54
83.08
게이트 밸브 (1/2개)
200
게이트 밸브 (2/5개)
2.15
330.78
게이트 밸브 (1/4개)
400
게이트 밸브 (1/5개)
6.39
983.08
글로브 밸브
340
글로브 밸브 (전개)
0.64
98.46
글로브 밸브 (3/4개)
0.74
113.85
글로브 밸브 (1/2개)
1.02
156.92
글로브 밸브 (1/4개)
1.46
224.62
볼 밸브 (전개)
3
볼 밸브 (전개)
1.46
224.62
각 밸브의 문헌값은 우리가 실험한 대로 있는 것은 아니어서 비교하기가 힘들지만 전개의 경우를 보자면 게이트 밸브는 문헌치가 7 실험치가 6.15로 비슷하게 나왔다.
글로브 벨브의 경우는 오차가 100이상이 나왔다. 즉, 문헌치보다 실험치가 상당길이가 짧으며 실제 글로브 밸브의 저항은 예상보다 적었다는 것이다. 문헌치보다 상당길이가 길거라고 예상했었다. 왜냐하면 밸브와 관은 오래될수록 내부가 매끄럽지 못하기 때문에 유체가 저항을 더 받게 될 것이라고 생각했기 때문이다.
볼 밸브의 경우 오차는 엄청나다. 이것은 밸브의 문제인 것 같다. 실험할 때 볼 밸브는 조금만 닫아도 압력차가 엄청나게 커져서 밸브의 조절이 힘들어서 전개 외에는 측정을 하지 못했다. 밸브가 전개 된 것처럼 보였지만 내부에서는 완전히 전개되지 않은 것으로 생각된다. 이 때문에 엄청난 오차가 생긴 것 같다.
전체적으로 문헌상으로는 상당길이가 적은 것은 볼, 게이트, 글로브 밸브 순이다. 세 종류의 밸브 중에서 볼 밸브가 마찰손실이 가장 작다. 하지만 실제 실험에서 이런 결과가 나타나지는 않지만 게이트 밸브가 글로브 밸브보다 마찰 손실이 적은 것은 보여주고 있다.
마찰계수는 관내면의 거칠기 정도와 레이놀즈 수에 의하여 결정되는 계수로 그래프에서 구할 수도 있다. 혹은, 실험을 통한 실험식을 통해서도 구할 수 있다. 층류에서는 조면도( 상대 거칠기 ) 에 관계없이
라는 식이 성립된다. 그리고, 난류인 경우는 레이놀즈 수에 따라서 두가지 식을 구할 수 있다. 레이놀즈 수가 3000에서 100000 사이는
그리고 100000 이상의 경우에는
이다.
직관의 경우 직경이 3.2mm인 관은 전이흐름이며 나머지 두 개는 층류이다. 3.2mm관은 다른 관 보다 직경이 작아서 흐름이 빠르고 이로 인해 관내마찰이 증가하여 약간의 난류흐름이 생기는 전이흐름이 된 것이라 생각된다. 직경이 가장 작은 관의 유속이 가장 빠르고 압력차 또한 크게 나왔다. 그리고 6mm, 6.5mm 순으로 유속과 압력차가 크게 나왔다. 마찰계수는 직경이 6mm인 관이 가장 크고, 3.2mm인 관은 가장 작다.
실험에서 주의 할 것은 측정하기 전에 마노미터에 연결된 호스의 내부의 공기를 꼭 제거 해야하는 것이다. 이를 제거하지 않으면 공기 방울이 마노미터로 들어와 마노미터 수치를 변화시키기 때문이다. 그리고 유량이 일정한 상태로 만들려면 장치의 초기 동작시 공기가 들어가게 된다. 약 2~3분 후 공기가 관에서 다 빠져나간 후에 실험을 시작하며 각 관마다 유량을 일정하게 유지하려면 측정하려는 관을 제외한 관은 밸브를 닫아주어야 한다.
6. Conclusion
모든 유체는 관을 통과할 때 관 또는 그 부속품, 밸브에 의해 저항을 받게 되며 이를 상당길이와 마찰손실로 표현한다. 실험에서 크고 작은 오차가 존재했지만 유체의 흐름을 방해하는 정도가 클수록 그 상당길이와 마찰손실은 증가한다. 동일 조건(동일한 레이놀즈 수, 동일 직경, 유속)에서는 글로브 밸브보다는 게이트 밸브가 마찰손실이 적어 유체의 흐름을 덜 방해한다. 마찰 손실은 Fanning식을 이용하여 관의 직경, 길이, 유체의 유량과 압력차를 알면 마찰계수와 마찰 손실을 구할 수 있다. 또한 마찰계수는 레이놀즈 수에 의해 구해진다.
7. Reference
1) 화공유체역학(2판) / Noel de Nevers / 희중당 / 1994 / p. 180～199
2) 流體流動(유체유동)(개정3판) / 강창수 / 범한서적 / 1992 / p. 168～172
3) 단위조작 / 이승무 / 형설출판사 / 1984 / p. 57～60
4) 유체역학 / 최창균 / 교보문고 / 2000 / p. 585～587
5) 상설 유체역학 /손병진 / 선중당 / 1997 / p. 750～751
6) 단위조작 / 임 굉 / 신성 / 1997 / p. 29～34

키워드

마찰손실,   관마찰,   압력손실,   레이놀즈수