[단위실험] 레이놀즈 실험[Reynolds Number]

소개글

[단위실험] 레이놀즈 실험[Reynolds Number]에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Abstract
2. Experiment
3. Result & Discussion
4. Discussion
5. Reference

본문내용

계산해 낼 수 있다.
: 유체의 밀도
: 유체의 평균속도
: 관의 직경
: 점성계수
각각의 실험에서 레이놀즈수를 계산해 보면,
측정1)
측정2)
측정3)
이와 같은 결과 값을 구할 수 있다.
측정
레이놀즈수
이론적인 흐름
가시적으로 관찰된 흐름
1
2434.19
난류
층류
2
4914.30
난류
전이흐름
3
7256.63
난류
난류
관찰된 흐름
사진
층류
전이흐름
난류
다음의 표와 같이 실험 전에 조사한 층류, 전이흐름, 난류의 흐름의 거동과 레이놀즈수를 실제 실험과 비교해 볼 때 약간의 차이가 있음을 알 수 있다.
흐름형태
층류
전이영역
난류
물감 선의 거동
매끄럽고 규칙적인 경로로 운동
층류와 난류 사이의 애매한 흐름
불규칙하고 무질서하게 섞이는 흐름
레이놀즈수
<2000
2000~4000
>4000
4. Discussion
관속에 흐르는 물을 이용하여 유속에 따라 달라지는 물의 흐름 모양을 관찰하고 이를 통해 물의 흐름을 층류와 난류로 구분하는 것과 측정된 유속을 통해 레이놀즈수를 계산하고 이 레이놀즈수와 관내 유체 흐름의 상관관계를 살펴보아 어떠한 관련이 있는지 이해하는 것이 이번실험의 목적이었다.
실험에서 사용한 물의 온도를 10℃(9℃)라고 가정할 때, 물의 점성계수, 밀도를 일정하다고 보면 레이놀즈수를 구하기 위해 필요한 것은 유속이다. 따라서 각각의 실험에서 유속을 바꿔가면서 잉크의 흐름을 관찰해 보았다.
첫 번째 실험에서는 잉크의 흐름이 직선이 될 때, 즉 층류처럼 보일 때 1L 비커에 물이 채워지는 속도를 계산하니 20s가 나왔고 이를 통해 계산한 레이놀즈수는 2434.19가 나왔다. 이 수치는 이론적인 층류의 레이놀즈수인 2000미만보다 약간 큰 값이고 관찰한 물의 흐름은 층류가 아닌 전이영역에 속하는 흐름이었음을 알 수 있다.
두 번째 실험에서는 잉크의 흐름이 약간 흔들리기 시작할 때, 즉 전이흐름처럼 보일 때 첫 번째 실험과 같이 1L 비커에 물이 채워지는 속도를 계산해 보았더니 9.9s가 나왔고 이를 통해 계산한 레이놀즈수는 4914.3이 나왔다. 이 수치는 이론적인 전이흐름의 레이놀즈수인 2000~4000보다 약간 큰 값이다. 따라서 관찰한 물의 흐름은 전이흐름이 아닌 난류에 속하는 흐름이었음을 알 수 있다.
세 번째 실험에서는 잉크의 흐름이 불규칙할 때, 즉 난류처럼 보일 때 앞선 실험과 동일하게 실험하였더니 유속은 6.7s가 나왔고 이를 통해 계산한 레이놀즈수는 7256.63이 나왔다. 이 수치는 이론적인 난류 흐름의 레이놀즈수인 4000이상 보다 매우 큰 값으로 완벽한 난류 흐름임을 알 수 있다.
이번 실험에서 잉크의 흐름을 관찰하였던 것이 정밀하지 않았는지 레이놀즈수의 이론값과 관찰된 값의 편차가 크게 나와서 정확한 실험이 되었다고는 할 수 없는 것 같다. 각 실험에서 속도를 조금씩 더 줄이고 했다면 정확한 실험이 되었을 것 같다.
5. Reference
[1] James O. Wilkes, 2008, "화학공학유체역학“, 한산, p125~148
[2] “화공기초 이론 및 실험” 교재

키워드

단위실험,   레이놀즈 실험,   Reynolds Number,   유체의 흐름 모양,   레이놀즈,   레이놀즈수 측정 장치,   유속,   실험