목차
1. 실험제목 : 유체유동 실험(Reynolds Number 및 손실두 측정)
3. 실험방법
4. 실험결과
5. 고찰
3. 실험방법
4. 실험결과
5. 고찰
본문내용
서만 이렇게 오차가 있었다 생각된다. 하지만 무엇보다 중요한 것은, 실험에서의 오차를 줄이는것이 아니라 Reynolds Number의 필요성을 인식하는 것이라 생각한다. Reynolds Number는 같은 유체라도 밀도와 점도(둘다 온도의 함수, 따라 서 온도 또한 미세하게나마 영향을 줌), 관의 직경에 따라 다르며, 그에 따라 흐름의 유형도 결정된다. 관 내에서의 반응을 생각한다면 난류일 때 복잡한 흐름을 통하여 관을 흐르는 동 안 보다 반응의 속도와 정도를 높일 수 있다. 층류는 그 반대일 것이다. 유체역학에서 Reynolds Number는 흐름의 유형을 설명하고, 그에 따른 관 내 반응 정도의 척도로서 사용 될 것이다. 항공, 기계, 조선 등 많은 산업분야에서 Reynolds Number가 사용되지만, 그에 대한 용도는 조사하지 않았다. 한편, 유속에 따른 Reynolds Number의 로그값의 변화를 그 래프의 추이로 고찰해 보면, 의 식에 의해 Reynolds Number는 유속에 1차적으로 비례하는것이 이론적이며, Reynolds Number의 로그값을 생각하면 그래프는 축 절면을 1로 하는 지수함수의 그래프처럼 나타나야 한다. 하지만 그래프를 보면 알 수 있듯이 난류 의 경우 유속에 비해 Reynolds Number가 비교적 작게 계산되었다는 것을 간접적으로 알 수 있다. 한가지 재미있는 사실은 질량유량에 대한 식을 유도한 , 이 식은 밀도를 필요로 하지 않는다. 유속이 필요하면 어쩔 수 없지만 직접 Reynolds Number를 구한 다면 유체의 밀도까지 핸드북으로 찾는 번거로움은 생략하도 될 듯하다. 번외로 이번 실험중 에 큰 실수를 하였다. 실험장치의 수조를 물로 채우는데 조절나사의 조정을 세밀히 하지 못 해 수조가 넘친 것이다. 수조에 물이 넘친 것 자체는 별일 아닐 수 있다. 하지만, 만약 위험 한 화공약품을 채우고 있는 중이었다면 분명 큰 사고로 이어질 수 있는 위험한 실수이다. 다 행으로 무해한 물로 안전의식에 대한 큰 인식을 했다 생각하며 차후의 실험은 주의해야 하 겠다.
두 번째 실험은 다양한 형태의 관에서 흐름으로 인한 손실두(head loss)를 측정하는 실험이 다. 이 실험을 Reynolds Number측정 실험과 연계하여 실시한 이유는 Reynolds Number의 산업에서 실제적용 사례기 때문이라 생각한다. 이상적인 환경이 아니라면 유체는 흐르면서 관내의 마찰 및 유체끼리의 마찰로 인하여 에너지의 손실이 있을것이다. 이것을 단위 질량 당 에너지()로 표시하는것이 손실두 이며, 그 계산식은 기본이론 및 계산과정에 표기한 대로 베르누이의 정리를 수정하여 그 값을 구한다. 여기엔 펌프일 등을 제외한 상태의 식을 적용하였다. 실험결과가 보여주듯이 축소관과 직관의 경우, 비교적 2회의 측정값이 유사한 값을 보였다. 특히 관축소 실험의 경우 측정값이 각각 압력차와 질량유량이 크게 차이가 있 었지만, Reynolds Number와 손실두를 구하는 식에 적용하여 실제 손실두를 계산해보니 서 로 큰 차이가 없었다. 다만 의문이 가는 것은 관축소보다 직관의 손실두가 크다는 점이다. 상식적으로 관의 축소시 일종의 병목현상으로 인해 관 내에서는 마찰도 심해질 것이고 그에 따른 손실두도 클것이라 생각했다. 반면, 직관은 의 식에서 항이 0이되고, 압력차를 측정하는 두 지점에서의 흐름의 일관성을 고려한다면 압력차 또한 작을것이라 생각했는데 그렇지 않았다. 아무래도 정밀한 실험은 되었을지언정, 정확한 실험은 되지 않았다고 생각한다. 전자식 마노미터로 관의 압력차를 측정하였을 때 심한 편차를 보이며 압력차이가 급변하는 현상이 있었다. 또한 질량유량을 계산하기 위 해 수조에 물을 받는 과정에서도 유체가 지나가는 관의 길이가 길다보며 공기가 섞여 있기도 하고, 밸브의 조작에 유체의 흐름이 뒤늦게 이루어져, 질량유량이 들쑥날쑥한 것도 오차 의 원인으로 생각된다.
산업현장에서는 이상적인 직관만 사용되는 것이 아닌 유체의 효율적인 수송과 제어를 위하 여 오리피스, 플랜지, 벤츄리 미터 등 다양한 관과 이음매가 사용될 것이다. 이들에서의 유 체의 흐름의 영향을 공부하는 것은, 작은 부분이 공정 전체의 영향을 줄 수 있음을 이해해고 그것을 효과적으로 설계하여 가장 안전하고 효율적인 유체의 흐름을 통제하는데 그 목적이 있다. 그 기본에 Reynolds Number가 거의 가장 기본적인 척도로 작용하고 있다는 것을 알 고 그 응용에 좀더 접근한 실험이었다고 생각한다.
두 번째 실험은 다양한 형태의 관에서 흐름으로 인한 손실두(head loss)를 측정하는 실험이 다. 이 실험을 Reynolds Number측정 실험과 연계하여 실시한 이유는 Reynolds Number의 산업에서 실제적용 사례기 때문이라 생각한다. 이상적인 환경이 아니라면 유체는 흐르면서 관내의 마찰 및 유체끼리의 마찰로 인하여 에너지의 손실이 있을것이다. 이것을 단위 질량 당 에너지()로 표시하는것이 손실두 이며, 그 계산식은 기본이론 및 계산과정에 표기한 대로 베르누이의 정리를 수정하여 그 값을 구한다. 여기엔 펌프일 등을 제외한 상태의 식을 적용하였다. 실험결과가 보여주듯이 축소관과 직관의 경우, 비교적 2회의 측정값이 유사한 값을 보였다. 특히 관축소 실험의 경우 측정값이 각각 압력차와 질량유량이 크게 차이가 있 었지만, Reynolds Number와 손실두를 구하는 식에 적용하여 실제 손실두를 계산해보니 서 로 큰 차이가 없었다. 다만 의문이 가는 것은 관축소보다 직관의 손실두가 크다는 점이다. 상식적으로 관의 축소시 일종의 병목현상으로 인해 관 내에서는 마찰도 심해질 것이고 그에 따른 손실두도 클것이라 생각했다. 반면, 직관은 의 식에서 항이 0이되고, 압력차를 측정하는 두 지점에서의 흐름의 일관성을 고려한다면 압력차 또한 작을것이라 생각했는데 그렇지 않았다. 아무래도 정밀한 실험은 되었을지언정, 정확한 실험은 되지 않았다고 생각한다. 전자식 마노미터로 관의 압력차를 측정하였을 때 심한 편차를 보이며 압력차이가 급변하는 현상이 있었다. 또한 질량유량을 계산하기 위 해 수조에 물을 받는 과정에서도 유체가 지나가는 관의 길이가 길다보며 공기가 섞여 있기도 하고, 밸브의 조작에 유체의 흐름이 뒤늦게 이루어져, 질량유량이 들쑥날쑥한 것도 오차 의 원인으로 생각된다.
산업현장에서는 이상적인 직관만 사용되는 것이 아닌 유체의 효율적인 수송과 제어를 위하 여 오리피스, 플랜지, 벤츄리 미터 등 다양한 관과 이음매가 사용될 것이다. 이들에서의 유 체의 흐름의 영향을 공부하는 것은, 작은 부분이 공정 전체의 영향을 줄 수 있음을 이해해고 그것을 효과적으로 설계하여 가장 안전하고 효율적인 유체의 흐름을 통제하는데 그 목적이 있다. 그 기본에 Reynolds Number가 거의 가장 기본적인 척도로 작용하고 있다는 것을 알 고 그 응용에 좀더 접근한 실험이었다고 생각한다.
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