[유체역학실험] 레이놀즈 수 측정 실험, 실험 목적, 방법, 결과, 고찰

목차

(1)서론
　-실험목적
　-관련이론

(2)본론
　-실험방법

(3)결론
　-실험결과
　-실험에 관한 고찰
　-최종 결론

(4)후기
　-실험이 끝난 후 느낀점

(5)참고문헌
　-실험에 도움을 준 문헌 목록

본문내용

8
4719.301586
난류
10
1490
20
74.5
20.52
5022.685259
난류
실험명
[실험Ⅱ]층류와 난류
실험일
2010.09.15
수온
26℃　
　
　
물의 동점성계수
0.008784
관의직경
2.15
관의단면적
3.6305
NO
부피v(cm²)
t(sec)
Q=v/t(cm²/sec)
유속V=Q/A(cm/sec)
Re=VD/v
비고
11
1480
20
74
20.38
4988.975962
난류
12
1390
20
69.5
19.14
4685.592289
난류
13
1250
20
62.5
17.22
4213.66213
난류
14
1100
20
55
15.15
3708.022675
천이
15
980
20
49
13.50
3303.51111
천이
16
880
20
44
12.12
2966.41814
천이
17
590
20
29.5
8.13
1988.848526
층류
18
500
20
25
6.89
1685.464852
층류
19
460
20
23
6.34
1550.627664
층류
20
400
20
20
5.51
1348.371882
층류
<실험Ⅰ_Graph>
- 의 식에서 보듯이 레이놀즈수는 관직경과 동점성계수가 일정하므로 유속에 정비례함을 알 수 있다. 위 그래프에서 정비례함을 알 수 있다.
- V=Q/A로써 관의 단면적이 일정하므로 유속과 유량은 역시 비례관계에 있음을 보여준다.
<실험Ⅱ_Graph>
- 유속이 낮아질수록 Reynolds Number 도 같이 낮아지므로 정비례 관계임을 알 수 있다.
-유량이 작아질수록 Reynolds Number 도 같이 낮아지므로 정비례 관계임을 알 수 있다.
<실험 결과-순서대로 층류, 천이시작 구간, 천이구간, 난류 사진 비교>
-실험에 관한 고찰
ⅰ) 실험을 할 때 처음 부딛혔던 난관이‘잉크액 농도조절’이었다. 층류가 잡혀도 미세한 선이라 사진을 찍는데 잘 나오지 않았다.(이 때 유량측정 후 계산결과 층류가 맞음, 1348.372(이때 측정한 층류의 레이놀즈 수) <2100) 그래서 잉크액 농도를 조절한 후 더욱 정확한 층류를 얻을 수 있었고 천이구간과 난류도 보다 뚜렷하게 측정할 수 있었다.
잉크액 농도조절 전 층류모습
잉크액 농도조절 후 층류모습
ⅰ-(1)또한 잉크자체의 성질에　따라서 실험결과가 달라질 수도 있었다. 물의 흐름을 관찰하기 위해 잉크를 넣는데 이 잉크 자체의 성질에 따라 실험결과가 크게 달라질 수도 있고 실험이 잘 안되기도 하였다. 우리는 앞 조가 잉크를 다 써 버려서 처음에는 수용성 잉크을 사용 하였는데 수채화 물감으로는 실험을 진행 할 수 없었다.
ⅱ)육안으로 확인 했을 때 난류인 줄 알았던 것이 레이놀즈 공식에 의해 정확히 계산되고 보니 아닌 경우가 있었다. 이러한 경우를 보아 유속 조절 및 유량을 재는 사람과 시간을 체크 하는 사람의 의사소통을 통해 정확한 측정의 중요성을 깨닫게 되었다. 다시 말하여 육안으로 보기에 난류였더라도 유랑의 속도 조절을 통해 잉크의 흐름이 확연히 달라지므로 우리가 모르는 미세한 오차에도 수치가 들락날락 하는 것을 알 수 있었다.
난류인 줄 알았던 천이구간의 모습
※이때 계산된 유량(1120ml)의
레이놀즈 수:3775.4413
ⅲ) 벨브 조절을 통하여 이동하는 물속에서(유동안에서) 잉크액의 흐르는 모습으로 그 물 속안에서의 유체상태를 알 수 있었다. 다시 말해서 작은 구멍을 통하여 나오는 잉크액의 느린 속도의 유체에서는 층류의 흐름을 알 수 있었고 속도를 조절할 때 빨라지는 유체내의 흐름은 천이구간을 통하여 결국 난류의 흐름을 보여주었다. 여기에서 레이놀즈수에 대하여 정확하게 이해하게 되었다. 레이놀즈수란 어떤 유체 속에 물체를 넣었을 경우나 관 속에서 유체가 흐를 때 그 흐르는 상태를 결정하는 무차원수인데, 실험을 통해 측정된 유량을 레이놀즈수 공식(Re=)에 대입하여 계산한 결과 층류와 천이구간, 난류 등 정확한 수치 값의 확인으로 유체의 속도에는 비례하며 점성력에 반비례함을 알 수 있었다.
ⅳ)실험 중 관에 가해지는 충격에 따라 실험결과가 달라질 수도 있다 실험기구가 바닥에 고정 되어 있지만, 약간만 건드려도 물의 흐름이 흐트러지고 변하게 되었다. 실험 중에 조원이 실수로 실험기구를 건드렸는데 그때 층류의 흐름이 흐트러지는 것을 발견 할 수 있었다.
ⅴ)실험을 통해 알게 된 실험에 영향을 미칠 수 있는 요인
*관의 기울기: 잉크가 흐르는 관이 조금이라도 기울어져 있다면 결과에 영향을 미쳐 정확한 값을 산출해 내지 못할 것이다.
*관 벽의 이물질 유무: 관벽의 마찰력은 물의 흐름에 많은 영향을 미친다고 한다. 만약 관벽에 이물질이 끼어 있었다면 제대로 된 실험결과를 얻지 못할 것이다.
-최종 결론
※유체 흐름이 층류인지 혹은 천이구간이나 난류인지 결정하게 하는 것은 관의 직경과 유체의 밀도, 유체의 점성력, 그리고 유체의 속도로 결정되는 것을 알 수 있다. 따라서 위 실험에서 측정된 값들로 레이놀즈 공식을 통해 정확한 수치들로 각 구간(층류, 천이구간, 난류)들을 확인 할 수 있으며, 레이놀즈수에 대한 이해를 명확히 할 수 있다.
<표2> 실험결과를 통하여 얻은 정확한 수치상의 각 구간 별 레이놀즈수 확인
Reynolds number의 대수구분
실험을 통하여
측정된 값
확인
층류
Re < 2100
측정된 유량이 400ml일 때
= 1348.372
1348.372<2100
성립○
천이구간
2100 < Re < 4000
측정된 유량이 980ml일 때
= 3303.511
2100<3303.511<4000
성립○
난류
Re > 4000
측정된 유량이1200ml일 때
= 4045.116
4045.116>4000
성립○
(5)참고문헌
-실험에 도움을 준 문헌 목록(가나다 순)
책제목
지은이
출판사
ⅰ
기초유체역학p147~150
박이동
평선각
ⅱ
네이버 백과사전
http://100.naver.com/100.nhn?docid=54955
두산백과사전
ⅲ
단위조작실험
김학준
경남대학교출판부
ⅳ
쉽게 배우는 유체역학
김용직 외 6명
홍릉과학출판사
ⅴ
유체역학p42~43
유상신외2명
(주)사이텍미디어
ⅵ
점성유체 역학기초
노오현 著
박영사

키워드

측정실험,   유체역학,   실험보고서,   레이놀즈수