기계공학 실험 - 레이놀즈수 측정실험

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기계공학 실험 - 레이놀즈수 측정실험에 대한 보고서 자료입니다.

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본문내용

s cylinder 의 눈금이 1000가 될 때 stop watch로 시간을 정확히 측정한다.
④ 측정후 밸브I를 열고 다시 밸브H를 잠궈서 층류로 유지시키고 이를 5회 반복 실험/측정한다.
하임계 레이놀즈 수의 측정 (난류=>층류)
① 난류 유동이 되도록 밸브H를 다 열어 놓는다.
② 밸브H를 조금씩 잠금으로써 유속을 감소시킨다. 밸브H 조정시 안정상태 를 유지시킨다.
③ 난류에서 층류로 넘어가려 하는 상태(천이상태)가 되면 밸브H를 고정, 밸 브I를 잠그고 mass cylinder 의 눈금이 1000가 될 때 stop watch로 시간을 정확히 측정한다.
④ 측정후 밸브I를 열고 다시 밸브H를 열어 난류유동을 만들고 이를 5회 반 복 실험/측정한다.
4. 실험결과 및 검토
점성계수(u)
0.9828 g/m.s
수온(T)
22℃
밀도(p)
997.98 kg/m³
물의 동점성계수
v=0.985 m²/s
관의 직경
D=0.022m
관의단면적
A=0.00038m²
NO.
V (cm²)
t (sec)
Q=V/t (cm³/sec)
V=Q/A (cm/sec)
Re=VD/v
1
1000
15
66.67
175438.60
3918.43
2
1000
18
55.56
146198.83
3265.35
3
1000
31
32.26
84889.64
1896.01
4
1000
14
71.43
187969.92
4198.31
5
1000
13
76.92
202429.15
4521.26
6
1000
21
47.62
125313.28
2798.88
일정한 동점성계수(, 동일한 유체)와 직경이 같은 관에서의 Re수 차이는 속도, 즉 유량에 관계가 있는 것으로 판단하여 흐름 상태 및 레이놀즈수와의 관계 와 층류와 난류의 변화 개념을 레이놀즈 수와 연관지어서 이해하였다. 실험에서는 레이놀즈가 당시 했던 실험과 같이 유량(속도)을 달리함으로써 천이유동에서의 임계Re를 구하기 위해 일정 유량에 따른 시간을 측정하는 실험방법으로 위와 같은 측정치를 얻었다. 측정값은 상임계 Reynolds number의 이론식값인 Re 2300과 하임계 Reynolds number의 이론값인 Re 4000과는 약간의 차이를 보였다. 근접한 측정치는 상임계에서 1896.01이 나왔고, 하임계에서는 3918.43으로 나타났다. 대략 100~400정도의 오차를 나타내었다.
오차의 원인으로는 실험 장치의 문제와 주변의 다른 실험에 의한 진동도 있겠지만, 무엇보다도 일정 유량을 측정함에 있어서 층류와 난류 변화를 눈으로만 측정하는 부분에서 생기는 오차가 가장 컸다고 생각한다.
또한 실험 후에 다른 실험방법을 조사해본 결과, 레이놀즈 실험과 반대로 시간을 일정하게 두고 그에 따른 유량을 측정하는 방법으로 실험을 하는 것이 더 정확한 측정이 될 수도 있다는 것을 알아내었다. 이 방법으로는 일정 시간을 먼저 체크한 후 유량을 측정하는 것이기 때문에 유량측정에 좀 더 정확성을 기할 수 있을 것이라 예상된다.
5. 결 론
우리 조는 실험의 중점을 과거 레이놀즈의 실험과 최대한 일치시켜 결과치를 얻는 것에 두었다. 먼저 실시된 상임계 Reynolds Number를 구하는 실험에서 1차와 2차 실험은 초기 실험 방법을 숙지하지 못한 것과 현상에 대한 정확치 못한 판단을 원인으로 값의 오차가 너무 크게 나와 층류 Reynolds Number를 구하는데 실패하였지만, 3차 실험에서 300정도 오차의 층류 Reynolds Number를 얻어낼 수 있었다. 3차의 실험 걸쳐, 이론적으로만 배웠던 Re < 2300의 층류상태를 직접 확인 할 수 있었다. 하임계 Reynolds Number를 구하는 실험에서 4차에서 바로 난류 Reynolds Number를 얻어내었다. 이론적으로 Re > 4000의 난류를 확인 할 수 있었다. 5차와 6차 실험은 유량조건을 다르게 하여서 측정치를 비교하기 위한 실험으로 실시되었고 위 실험으로 층류와 난류 현상을 좀더 확실히 이해할 수 있었다.
실험에서의 큰 문제점은 없었지만, 이론값과의 오차의 발생 원인은 측정횟수따른 실험 정확도 문제, 육안을 이용한 실험으로 주관적인 천이상태 판별기준, 다른 조 실험으로 인한 실습실내 진동, 메스실린더 눈금 측정 오류 등이 원인으로 조사된다.
※ 참고 자료
1. S.N.U.T - 자동차공학실험1, 2007
2. William H. Crouse 외 1 - Automotive Mechanics (Tenth edition), 2004
3. 네이버 지식in "레이놀즈수“ 검색 부

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