[실험레포트] 이동현상실험 - 레이놀즈넘버[Reynolds Number]

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본문내용

) Froud number : 중력이 유동에 주된 영향을 미칠 때, 즉 free surface flow에 적용되는 주요 parameter다.
8) Graetz number : 이 Gra수는 Nu를 알아 볼 수 있게 하는 척도이다.
이 밖에도 더 많은 무차원수가 있다.
⑺의 물리적인 의미에 대해 조사하여라.
유체역학에서 레이놀즈 수(Reynolds number)는 관성에 의한 힘(inertial force)과 점성에 의한 힘(viscouse force)의 비로서, 주어진 유동 조건에서이 두 종류의 힘의 상대적인 중요도를 정량적으로 나타낸다.
레이놀즈 수는 유동이 층류인지 난류인지를 예측하는 데에도 사용된다. 층류는 점성력이 지배적인 유동으로서 레이놀즈 수가 낮고, 평탄하면서도 일정한 유동이 특징이다. 반면 난류는 관성력이 지배적인 유동으로서 레이놀즈 수가 높고, 임의적인 에디나 와류, 기타 유동의 변동(perturbation)이 특징이다.
레이놀즈 수의 정의는 관성력 나누기 점성력 이다.
관성력
레이놀즈 수 = ----------
점성력
이 의미는 물체나 유동이 관성력을 가지고 움직이는 데 점성력이 얼마나 작용하는가
하는 것이다. 레이놀즈수가 크면, 이 유동 현상은 점성의 영향이 작고 만약
작다면, 점성의 영향이 크다는 의미이다.
6. 고찰
이번 실험은 유체가 관을 통해 흐를 때 잉크를 흘려보냄으로써 그 흐름 양상을 관찰하고, 그때의 유량과 유속을 측정, Reynolds Number를 계산함으로써 그 흐름 양상을 구분해 보는 실험이었다.우리는 유속을 변화시켜가면서 유체흐름의 변화를 관찰하고 그것을 세가지 영역(층류,천이,난류)로 구분지어 보고, 실제 그 흐름의 레이놀즈수를 구해봄으로써 눈으로 볼 수 있는 층류 및 난류의 형태가 실험적으로 맞는가를 알아보았다.
이론상 접했을때 간단한 실험인 줄 알았지만 막상 실험을 하니 어려운 점이 많았다. 우선 처음에 Steady상태를 만들어 주기 위해 수조에 물을 채우는 과정에서수조의 정확한 구조를 파악하고 물을 채우며 어떤 상태가 Steady-state 인지 몰라 우왕좌왕 했다. 그리고 실험 중간 중간에도 유량의 변화 때문에 수도관의 수압의 변화가 생겨 수면의 높이를 일정하게 유지시키지 못하여 Steady-state를 벗어나는 상황도 자주 생겼다. 그때마다 다시 수조의 높이를 일정하게 유지시키고 다시 실험을 시작했다.
또 물의 양을 측정할 때 작은 비커가 물의 양을 다 감당 할 수 없어 커다란 메스실린더를 이용하였는데 수조에서 배출되는 물이 나가는 튜브의 길이가 짧아 큰 통을 앞으로 많이 내려서 측정해야 했고, 그 과정에서 물이 제대로 담기지 못했다. 그리고 유속 측정 시 시간에 따른 유량을 제어하는 일을 사람이 하다 보니 정확한 유속 값을 얻을 수 없었던 것 같다. 유량의 정도를 되도록 일정하게 점점 늘려가야 하는데, 실험 장치 내 그러한 측정기구 같은 게 없어 어림잡아 유량의 증감을 하였고, 그것이 정밀한 데이터를 얻지 못하게 된 요인 중 하나가 된 것 같다. 또한, 사람이 육안으로 유체의 흐름을 보고 층류, 난류, 전이를 판단하는 것이기 때문에 정확하지 않은 결과나 나올 확률이 높았고, 항온조라는 가정으로 물의 온도를 10℃로 결과 값을 구했지만, 실험 도중 잉크의 첨가나 여러 가지 외부 요인에 의해 온도의 변화가 있었을 수 있었다. 우리조는 교수님께서 물과 잉크를 혼합하여 사용하라고 하셨는데, 물론 잉크와 물의 혼합으로 인해 밀도 차이가 생길 수 있어 유속의 변화를 야기 시킬 수 있다는 문제점을 덜어 주었지만, 정확치 못한 잉크밀도 때문에 육안으로의 층류, 전이, 난류 판단 시 어려움을 겪었다.
실험 결과 천이영역과 난류사이의 레이놀즈 값이 문헌치인 4000보다 큰 값이 나오게 되었다. 이것은 실험값 그래프에서 데이터값이 한쪽으로 편중되는 모습으로 보여진다. 실험 결과, 레이놀즈수는 이론값과 달랐지만, 이론값과 같이 유속이 증가 할수록 레이놀즈 수가 증가하는 것을 알 수 있었다.
7. 참고문헌
-Lab Manual and Text for Chemical Engineering (Fluid Mechanics)
-Fluid Mechanics For Chemical Engineers 2nd Ed. Noel de Nevers McGrawHill
-핵심 유체역학 공학박사 박용호 저, 진영사
-W. L. McCabe, J. C. Smith and P. Harriott, "Unit Operations of Chemical

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Reynolds 실험 장치,   레이놀즈넘버,   레이놀즈 수