열유체공학실험 유량측정

본문내용

"압력"이라 하면 정압력을 지칭하는 경우가 많다.
따라서 단순화된 베르누이 방정식은 다음과 같이 요약될 수 있다.
정압력 + 동압력 = 전압력
즉, 베르누이 방정식은 "유선 상에서의 전압력은 일정하다"는 말로 해석될 수 있다 또한 만약 그 유동이 한 곳에서 출발하였다면, "그 유동 내의 모든 점에서의 전압력은 일정하다"고 할 수 있다. 그러나 앞서도 언급하였듯이 이 식은 경계층 내에는 적용되지 않음을 기억하여야 한다.
(출처:http://ko.wikipedia.org/wiki)
일반적으로 유량 계수는 레이놀즈 수의 함수이다. 유량 계수와 레이놀즈 수의 관계를 설명하라.
오리피스유량계:
노즐 유량계:
위의 두 관계식은 0.25<β<0.75이고 30,000)유동에 대해 Cd 값은 노즐 유량계의 경우는 0.96으로, 그리고 오리피스 유량계의 경우는 0.61로 일정한 값이 된다.
벤투리 유량계의 경우는 유선형 유로 설계로 인하여 유량계수가 0.95에서 0.99(레이놀즈 수가 클수록 Cd도 커짐)로 매우 크다. 제작사의 데이터가 없다면 Cd=0.98을 사용한다.
※참고자료
<레이놀즈 수>
*정의
레이놀즈 수의 정의는 다음 식과 같다.
여기에서 vs는 유동의 평균 속도, L은 특성 길이(characteristic length), μ는 유체의 점성 계수,ν는 유체의 동점성 계수, ρ는 유체의 밀도이다.
특성 길이
예를 들어 단면이 원형인 파이프 내의 유동에 대해서는 특성 길이는 파이프의 지름이 된다. 단면이 원형이 아닌 경우 특성 길이는 수력학적 직경(hydraulic diameter)으로 정의된다.
평판 위를 흐르는 유동의 경우, 특성 길이는 평판의 길이이며, 특성 속도는 자유류(free stream)의 속도이다. 평판 위의 경계층 내에서는, 유동이 층류인가 난류인가 하는 것은 평판의 앞전(leading edge)부터 측정한 길이에 대한 레이놀즈 수에 의해 결정 된다.
*임계 레이놀즈 수
유동이 층류에서 난류로 전이(transition)되는 지점에서의 레이놀즈 수를 임계 레이놀즈 수(critical Reynolds number)라고 한다. 실제로 이러한 전이는 점차적으로 진행이 되기 때문에 임계 레이놀즈 수의 값은 대략적인 값으로 보아야 한다. 원형 파이프 내의 유동의 경우 임계 레이놀즈 수는 약 2,300 정도이나, 레이놀즈 수 약 2,000 ~ 3,000 사이에서는 유동의 성질을 정확하게 말할 수 없다고 보아야 한다. 평판 위의 유동에 대해서는 임계 레이놀즈 수는 약 105 ~ 106 정도이다.
*유동의 상사성
두 유동이 상사(similarity)이기 위해서는 우선 동일한 기하학적 형상이어야 하며, 두 유동의 레이놀즈 수가 동일하고, 두 유동의 오일러 수(Euler number)가 동일해야 한다. 모델 유동과 실제 크기 유동에서, 균일한 점에서의 유체 거동을 비교하면, 다음과 같은 식이 성립한다.
Re * = Re
여기에서 * 로 표시된 것은 모델 유동에서의 값을 뜻하는 것이며, 나머지는 실제 크기 유동에서의 값이다. 이 식을 이용하면 축소 모델을 수조나 풍동에서 실험하여 그 데이터로 실제 유동에서의 값을 예측할 수 있어 실험의 비용이나 시간을 줄일 수 있다.
엄밀한 동적 상사성을 만족하기 위해서는 다른 무차원 수가 추가적으로 고려되어야 하는 경우도 있다. 압축성 유동에서는 마하 수가 일치하여야 하며, 자유 표면 유동(free-surface flow)에서는 프로드 수(Fraude number)가 일치하여야 한다. 어떤 유동의 경우는 주어진 실험 장비와 유체로써는 도저히 맞출 수 없는 무차원 수까지도 요구되는 경우가 있기 때문에, 이런 경우는 어느 무차원 수가 가장 중요한지를 결정하여야 할 경우도 있다.
(출처:http://ko.wikipedia.org/wiki/)
7. 고찰
-이번 실험은 유량을 측정 하는 것이었다. 유량은 압력, 온도 및 레벨과 함께 산업 현장에서 가장 많이 측정되는 측정량 중의 하나이다. 이번 실험에서는 대표적인 유량계인 로터미터, 위어, 오리피스, 노즐, 벤투리 미터를 이용하여 유량을 측정해 보았다. 유체역학시간에 누누이 들었던 유량계들이다. 직접 계산을 하여 유량과 유속을 구했던 기억이 났었다. 직접 실험을 통해 확인 한다는 것에 매우 기뻤다. 관수로 시험 장치는 생각보다 규모가 컸다. 선생님의 설명을 듣고 실험을 하니 순조롭게 진행되었다. 팀원 각자가 임무를 분담하니 실험이 잘 진행된 것 같다. 실험 중 오차가 발생할 부분을 몸소 확인 할 수 있었는데, 바로 측정 부분이다. 눈금 자체가 위쪽에 있어 의자를 밟고 올라가서 봐야했고 눈금 또한 일정하지 않고 자꾸 움직였다. 여기서 우연오차인 계측오차가 발생하였을 것이다. 측정자 마다 눈금을 읽는 방법과 습관이 다르기 때문에 또한 오차가 발생할 것이다. 다른 오차의 원인은 계통 오차인 기계적인 내부 오차가 있을 것이다. 또한 물의 점성을 생각할 수 있을 것이고 유량에 따른 유속의 변화나 일정하지 않은 유량에서 오차가 발생했을 것이다. 실험값과 이론값을 보면 큰 오차를 내지 않거나 아니면 오차를 내더라도 일정한 오차를 내고 있다. 이것은 분명 불가피한 오차에서 실험이 잘 진행되었다고 볼 수 있다. 가장 오차가 컸던 것은 오리피스인데 설치에 비용이 적게 들고 비교적 유량측정이 정확하여 얇은 판 오리피스가 널리 이용된다고 한다. 유량측정이 정확하다는데 우리 실험에선 큰 오차를 발생했다. 하지만 그래프에서 보면 이론값과 실험값의 그래프가 같은 양상을 보이고 있다. 이는 분명 위에서 말한 어떠한 반복된 오차에 의해 발생했을 것이다. 이번 실험을 통해 유량계의 특성 및 레이놀즈수, 압력차, 유량계수에 대해 알아볼 수 있는 시간이 되었다. 먼지가 쌓여가는 유체역학 책을 다시 한 번 열어보게 하는 계기가 되었다.

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유량,   유량측정,   열유체공학실험