[공학실험 유체실험] 레이놀즈수 측정실험

목차

1. 목 적

2. 관련지식

3. 실험장치

4. 실험방법

5. 결과

6. 결론

7. 소감

8. 참고 문헌

본문내용

량과의 상대적 크기에 대한 연구는 거의 없이 LES가 진행되고 있는 실정이다.
LES에 필요한 격자 수 은 벽 가까이의 inner layer까지 직접 풀 경우 , inner layer를 적절히 모델링했을 경우 이 됨이 알려져 있다 (Chapman 1979). 따라서 최근에 LES의 inner layer 모델링에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
7) Role of LES
LES가 DNS와 RANS의 장점만을 절충한 해석 방법임을 감안해 볼 때, LES는 DNS나 RANS에 비해 훨씬 성공적으로 적용할 수 있는 공학적 예측 수단임에 틀림없다. 우선, DNS에 비해 갖는 가장 큰 장점은 비교적 적은 계산 비용으로 DNS보다 훨씬 높은 레이놀즈 수의 난류 유동을 다룰 수 있다는 것이다. 그리고, 박리점이 시간에 따라 변화하는 유동이나 강한 유선 곡률 효과가 수반되는 유동과 같이 RANS를 통해서는 정확하게 예측하기 힘든 유동장에 적용했을 경우 훨씬 정확한 해를 제공할 수 있다. 복잡한 형상의 높은 레이놀즈 수 난류 유동에 대해서는 LES가 유일한 해석 수단이 될 것이다.
3. 실험장치
레이놀즈수 측정장치, 염료, Mass cylinder, Stop watch, 온도계, 관의직경(D=23mm)
　　　　　　　　　
그림6.2 레이놀즈수 측정 실험장치의개략도
4. 실험방법
가. 그림 6.2의 Reynolds수 측정장치에서 H를 잠그고 F를 열어 저수탱크 B
에 적당한 높이로 물을 채운다
　
나. H를 약간 열어 유리관 D에 물이 흐르게 한다.
　　　
　
다. 염료를 밸브 G를 조정하여 가는 선이 되도록 주입한다.
　 　　
라. 상임계레이놀즈 수의 측정 (층류→난류)
1) 염료선을 관찰하면서 유리관내에 유동이 층류가 되도록 H를 잠근다.
　　　　　
　
　
2) H를 서서히 열어 파이프내의 물의 유속을 증가시킨다. 이때 H를 조정할
　 때마다 안정상태를 유지시킨다.
　　
　
3) 층류에서 난류로 넘어가는 상태가 되면 H를 고정시키고 mass cylinder
　 및 stop watch로 유량을 정확히 측정한다.
　4) 위의 절차를 5회 이상 반복하면서 결과를 측정한다. 실험시 실험장치　
주위의 충격, 진동을 방지한다.
　
바. 하임계레이놀즈수의 측정 (난류→층류)
　 난류상태가 되도록 H를 많이 열어 놓고 위 실험의 역과정을 수행한다.
5. 결과
온도에 따른 물의 비중량, 밀도, 등등을 아래에 표를 참고하여 Q를 구하면
온 도
。C
비중량
N/m
밀 도
kg/m
점성계수
μ×103
kg/m
동점성계수
ν×106
m/s
표면장력
σ×100
N/M
증기압
ｐv/
m
체적탄성계수
K×107
N/m
0
9805
999.9
1.792
1.792
7.62
0.06
204
5
9806
1000
1.519
1.519
7.54
0.09
206
10
9803
999.7
1.308
1.308
7.48
0.12
211
15
9798
999.1
1.140
1.141
7.41
0.17
214
20
9789
998.2
1.005
1.007
7.36
0.25
220
25
9779
997.1
0.894
0.897
7.26
0.33
222
30
9767
995.7
0.801
0.804
7.18
0.44
223
35
9752
994.1
0.723
0.727
7.10
0.58
224
40
9737
992.2
0.656
0.661
7.01
0.76
227
횟수 종류
상임계 레이놀즈
하임계 레이놀즈
물의 양
걸린 시간
Q(m/s)
물의 양
걸린 시간
Q(m/s)
1
500ml
21.44s
0.00002332
500ml
11.77s
0.00004248
2
500ml
21.19s
0.00002360
500ml
11.83s
0.00004227
3
500ml
21.95s
0.00002278
500ml
11.56s
0.00004325
4
500ml
21.58s
0.00002317
500ml
11.49s
0.00004352
5
500ml
20.98s
0.00002383
500ml
11.54s
0.00004333
위에 구한 Q를 참고하여 Re= 레이놀즈 수를 구하면
횟수 종류
상임계 레이놀즈수
하임계 레이놀즈수
1
1131.9
2061.85
2
1145.25
2051.4
3
1105.6
2099.3
4
1124.56
2112.1
5
1156.72
2102.94
평균
1132.81
2085.52
6. 결론
실험을 다섯 번 실험 함 으로서 그 평균값을 구하여 오차를 최소한으로 줄이도록 노력 했다. 그러나 상임계 레이놀즈수 Re<2300 이므로 층류유동은 확실하나 하임계 레이놀즈수랑 비교 했을 때 2300 이상이여야 하나 2085 밖에 안 되었다.
무었 보다 이번 실험의 가장 큰 오차 원인이라고 생각 되는 것은 우리 눈으로 보는 잉크가 층류 상태이지 난류 상태인지 그 정확 한 기준 없이 눈대중으로 실험 결과 때문은 아니었을까 하는 생각이 든다. 또 하나의 오차 원인은 유량 측정시 그 측정의 오차는 아니었을까 하는 생각이 든다.
7. 소감
유체의 서로 다른 두 개형태의 흐름, 즉 층류와 난류에 관계하는 개념으로 점성유체의 연구에는 결정적인 역할인 레이놀즈 수 측정 실험을 통하여 여태껏 유체역학 문재를 풀 때 레이놀즈수를 주어지고 문제를 푼 기억이 난다. 그냥 우리 시험에서 주어지는 값으로만 알고 있었던 레이놀즈수를 직접 실험을 통해 구해보니 생각보다 오차의 원인으로 실재로 우리가 알고 있던 값과 다르게 나왔으며 아무 생각 없이 무작정 공식에 대입하여 수치를 구했던 내 스스로에 대해 반성해 본다. 이 레이놀즈 수 라는게 간단해 보이지만 층류와 난류에 개념을 정리했다는 의미에서 상당히 중요하고 점성적인 측면을 보았을때도 상당히 중요한 역할을 차지 한다는 것을 알 수 있는 실험이었다.
8. 참고 문헌
(1) Fox & McDonald, 1999, Introduction to Fluid Mechanics 5th, Scitech Media, p. 42-45
(2) 응용유체역학 김래현 외 4명
(3) 유체역학개론
(4) 유체역학/저자:R.W.Fox .. A.T.McDonald 번역저자:유상신.배신철.서상호 공역
출판사:WILEY

키워드

레이놀드,   오즈븐 레이놀즈,   레이놀즈수 측정실험