화공.화학공학 실험 레이놀즈수(reynolds number)입니다. 유체역학

소개글

화공.화학공학 실험 레이놀즈수(reynolds number)입니다. 유체역학에 대한 보고서 자료입니다.

목차

서론

이론

실험방법

실험결과

실험고찰

결론

참고문헌

실험요약

본문내용

자꾸 빠져나가 밸브를 계속 열어놓은 탓에 유량조절밸브를 약하게 열어도 유량의 속도가 달라질 수 밖에 없었을 것이다.
- 계속 채워지는 유체의 흐름으로 실험을 하는 관에 영향을 끼쳤을 것이다. 그렇기에 유체 를 정확하게 관찰을 하지 못했을 것이다.
- 유체를 바라보는 시점이 일정하지 못했다.
대부분의 흐름이 층류처럼 보였기 때문에 조교님의 도움을 요청하게 되었는데 Needle부 분을 통해 유체의 흐름을 보는 모습을 보게 되었다. 실험을 하는 동안 각자의 임무에 따 라 다른 방향에서 바라보았는데 일정한 위치에서 일정하게 바라보지 못했던 부분이 오차 를 가져온 것이 아닌가 생각이 들었다.
- ink의 Needle이 일직선상에 놓여있지 않고 약간 틀어져있었을 것이라는 추측이다.
하지만 이 부분은 최대한 정확하게 맞추려 노력했기 때문에 가능성이 낮다고 생각된다.
- ink가 들어있는 밸브를 너무 약하게 맞춰놓았기 때문에 층류와 전이를 정확히 구분하지 못했을 수도 있다. 실제로 층류의 사진만 보아도 얼마나 약하게 틀었는지 볼 수 있는 부 분이다.
- 미숙하여 작은 변화를 구분하지 못했을 가능성이 있다. 조원들 모두 층류에서의 작은 변 화를 보고 저것이 전이인가 고민한 부분이 있다. 정말 긴가민가했는데 그 이유는 뭔가 다 음 변화가 일어날 땐 확실히 달라질 것이라 생각했기 때문이다. 엔지니어에 있어서 미소 한 변화를 빨리 찾아내 오차를 줄여주는 것이 중요하다고 생각하는 데 더 노련해지도록 신경을 쓰고 집중해야한다고 생각했다.
ⓑ 이론적인 Reynolds수와 실제적인 Reynolds수의 차이가 있었다.
한 이론이 정립되기까지는 수많은 실험을 통해 증명이 된다고 배웠다. Reynolds수는 어 떠한 이론보다 유체역학부분에서는 널리 사용되고 있는 이론이다. 그렇다는 것은 실제로 도 들어맞을 만큼 정확하다는 이야기가 된다. 그런데 우리의 실험에서는 차이를 보였는데 이도 몇가지 생각해보았다.
- 결과로 제출한 횟수는 10회뿐이다. 더 많은 실험 Data로 통계를 내어보면 결국 Reynolds수가 정확하다는 결론을 얻을 수 있을 것이라는 생각이다. 2학년 유기실험에서 가장 중요하게 계산했던 부분이 수율(Yield)계산이 아닌가 생각된다. 예를 들어 아스피린 이 이론상 100g이 나와야하는데 실제로는 60g밖에 나오지 않기 때문에 이 실험의 수율 을 60%가 된다는 계산이다. 어떠한 실험이든 이론적인 부분은 100%를 놓고 가정하지만 실제는 여러 가지 변수가 존재하기 때문에 정확하지 않을 수도 있다. 그렇기 때문에 편차 를 보고 정확하다는 결과를 내는 것일 것이다. 그렇기 때문에 Reynolds Number 실험도 10회가 아닌 100회를 했다면 큰 차이가 없다는 결론을 내릴 수 있었을 것이라 생각한다.
- 서로의 호흡이 맞지 않았다.
위 실험은 여러 사람이 분담하여 동시에 같이 움직여야하는 실험이다. 새로운 조원들과 처음 호흡을 맞춘터라 미세하거나 큰 오차가 생길 충분한 여지가 있다고 생각한다.
- 밸브를 열었다 잠그는 시간이 걸린다. 그 약간의 시간이 오차로 작용했을 가능성이 있다.
- 위 결과를 보면 층류/전이/난류 순서로 10회를 나열했다. 실험을 하게 되면 예기치 못하 게 원하는 결과가 안 나올 수도 있다. 억지로 위 순서를 맞추려 하다 보니 일정한 기준으 로 실험하지 못한 부분이 있었다. 이러한 부분이 오차로 작용했을 것이다.
- 유체역학의 어떠한 책을 보더라도 Reynolds Number로 모든 경우에 같은 방법을 적용하 지 않는다. 즉, 점도와 수조의 크기, 압력 등을 정확하게 따져 실험을 하지 않았기 때문 에 정밀한 실험이 되지 않았을 것이다. 단지 고려사항은 물의 온도였을 뿐이었다. 또한 밸브를 열고 닫는 동안의 속도의 변화도 같이 고려한다면 더 정확한 결과치를 얻을 수 있 었을 것이다.
7. 결론
이론적으로 < 2100의 경우 층류의 흐름을 갖는다. 위의 실험을 통해 계산 결과로는 1678.16~2059.08 (1~3회 실험) 으로 층류의 흐름을 갖는 것으로 나왔지만 실제로는 5회까지의 실험 즉, 2974까지 층류로 확인이 되었다.
전이는 이론적으로는 2100 < < 4000이고, 2287.87~3660.59(4~6회 실험)에서 전이영역을 갖는 것으로 계산되었다. 하지만 실제 유체의 흐름에서는 3660.59~5719(6~7회 실험)에서 전이영역으로 확인이 되었다.
마지막으로 난류 흐름은 > 4000으로 5719~9609(7회~10회 실험)에서 난류로 계산이 되었으나 실제로는 7473~9609(8회~10회 실험)에서만 난류로 확인되었다. 이론적인 Reynolds Number와의 결과의 차이가 있으므로 정확한 실험이었다고 결론을 내릴 수는 없다. 하지만 실험의 횟수가 적었던 점에서 더 많은 실험을 하여 통계를 낸다면 이론적인 부분과 실제적인 부분의 오차가 적어질 것이라 생각된다. 위 실험을 통해 유량이 증가할수록 유속도 같이 증가하고 따라서 Reynolds Number에도 영향을 끼치는 것을 확인 할 수 있었다. 이론으로만 보고 넘어갔던 정의를 실제로 실험하고 대입함으로써 이해도를 더 높일 수 있었고 앞으로 유체역학을 더 친숙하게 느끼는 계기가 되었다.
8. 참고문헌
· Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriott, "Unit OperatIo -ns of Chemical Engineering", McGraw-Hill, 7th ed., 2005, 해석판, 이화영/전해수/조영일 공역
· 네이버 백과사전
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=292734&mobile&categoryId=554
· 유체역학 및 기계, 김장호, 장부규, 지구문화사, 1997
· 네이버 국어사전-임계속도
http://krdic.naver.com/detail.nhn?docid=31274200&re=y
· 유체역학, McGraw-Hill, Frank M. White 지음, 조강래 외2명 공역, 2012
· 기계유체역학 Machine series 02, 김영기저, 구민사
· 화학공학 유체 역학, 김민찬 역, 도서출판 아진

키워드

reynolds number,   레이놀즈수,   층류