[A+] 관 마찰 저항 측정 실험 보고서 관 마찰 데이터 이론적배경 분석 및 고찰

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[A+] 관 마찰 저항 측정 실험 보고서 관 마찰 데이터 이론적배경 분석 및 고찰에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

에 따른 손실을 측정하게 된다.
* 실험 중 유의사항
1) 관 내 공기방울이 있으면 손실수두상의 오차가 발생할 수 있으므로 실험 전 공기방울은 모두 제거한다.
2) 실험관로 내의 유량이 너무 급하게 변하지 않도록 유량조절 밸브의 작동을 조금씩 조절한다.
No
직경
d[m]
길이
L[m]
온도
T[℃]
면적유량
Q[m3/h]
정립
h'[mmAg]
역립
h"[mmAg]
h
[mmAg]
관면적
A[m2]
유속
v[m/s]
Reynolds수
Re
마찰계수
λ
1
0.0161
2
15
1
0.313
0.13
0.183
0.000204
1.364
19286.7
0.015525
2
1.2
0.379
0.144
0.235
1.637
23144.04
0.013845
3
1.4
0.389
0.8
0.309
1.910
27001.39
0.013375
4
1.8
0.433
-0.8
0.513
2.456
34716.07
0.013432
5
0.0216
1
0.254
0.2
0.054
0.000366
0.758
14375.74
0.019912
6
1.2
0.248
0.179
0.069
0.910
17250.89
0.017669
7
1.4
0.282
0.165
0.096
1.061
20126.03
0.018061
8
1.8
0.285
0.12
0.165
1.364
25876.33
0.018779
9
0.0276
1
0.229
0.2
0.029
0.000598
0.464
11250.58
0.036425
10
1.2
0.214
0.184
0.03
0.557
13500.69
0.026167
11
1.4
0.216
0.179
0.037
0.650
15750.81
0.023711
12
1.8
0.203
0.148
0.055
0.836
20251.04
0.021321
13
0.0357
1
0.209
0.201
0.007
0.001001
0.278
8697.925
0.031834
14
1.2
0.206
0.199
0.007
0.333
10437.51
0.022107
15
1.4
0.203
0.196
0.013
0.389
12177.1
0.030164
16
1.8
0.182
0.165
0.017
0.500
15656.27
0.023862
※ 분석 및 고찰
이번 실험 목적은 4가지의 다른 배관에서 통하는 유량에서 마찰 손실 수두를 측정하여 각 흐름 조건의 레이놀드 수와 마찰계수를 산정하여 Moody 선도와 비교 분석하는데 있다.
분명 레이놀드 수(Re)를 결정하는 요인 중의 하나인 유속 ()을 잘못 구했거나 마찰계수를 결정하는 요인 중의 하나인 마찰손실수두(hf)에서 오차가 있었으리라 생각된다.
주된 오차의 원인으로 부정확한 데이터의 측정에 관해서 좀 더 자세히 생각해보면,
그 첫째로 수두를 측정함에 있어 관속의 압력을 측정하기 위한 물의 높이가 오르락 내리락 하는 정도가 심해 정확한 높이차를 알 수 없었다. 물론 수두를 측정할 때 수두차를 측정하는 두 개의 관이 동시에 일정하게 오르는 순간이 되었을때 밸브를 잠그고 측정하였지만 물의 높이가 오르락내리락하여서 밸브 잠그는 타이밍을 잡는데도 분명히 미세한 오차가 있었을 것이다. 눈금을 읽을때도 오차를 줄이기 위해서 눈금읽는 사람을 한사람 정해서 오차를 줄이려했지만 수평한 위치에서 눈금을 읽는것 또한 완전히 정확했다고 할 수는 없을 것이다.
두 번째로는 정확한 실험을 위해서는 유량계를 포함해서 전체 관로에 공기방울을
제거해야 관내의 손실수두상의 발생하는 오차를 줄일 수 있는데 우리가 이번에 실험한 마찰 손실 수두 실험기의 관이 투명한 유리관이 아니기 때문에 완전히 공기방울이 빠졌는지 눈으로는 분명한 확인이 어려웠다. 물론 실험 전 기포를 제거하기 위해서 우측밸브 상부부터 차례로 4개를 잠그고 관의 밸브를 ON - OFF를 반복하여 기포를 제거하였고 노즐의 기포 또한 코크밸브를 ON - OFF를 반복하여 기포를 제거하였지만 단지 유량계 실린더나 수두차를 측정하는 두 개의 관에서만 기포가 제거되었는지 확인할 수 있었을 뿐. 기포에 의한 오차가 분명히 있었으리라 생각된다.
셋째로는 우리가 실험에 이용한 마찰 손실 수두 실험기는 관수로가 굴절된 부분이 많았다. 앞에서도 설명하였듯이 관수로가 갑자기 굴절하여 방향을 바꾸는 곡관인 경우에도 손실수두가 발생한다. 굴절관을 통하여 물이 흐를 때 물은 굴절한 뒤에도 직선운동을 계속하려고 하므로 굴절부의 안쪽에서 유선 또는 벽면을 이탈하여 안쪽에 와류를 일으킨다. 굴절에 의한 손실을 측정하는 경우 액주계가 연결된 두 점 간의 관내 마찰 손실도 포함되어 있으므로 액주계 수위차를 읽고 두 점 사이의 거리에 해당하는 마찰 손실 수두를 빼면 굴절에 따른 손실 수두를 추정할 수 있다. 우리는 실험에서 직선관의 두 구간을 정해서 실험했을 뿐 곡관의 경우도 실험해서 비교했다면 즉, 굴절에 따른 손실 수두를 고려하여 실험하였다면 좀 더 현실적이고 정확한 DATA값을 얻을 수 있었을 거라는 생각을 해본다.
넷째는 유체속에서 압력이 낮은 곳이 생겼다고 가정했을 때 일어날 수 있는 현상으로 물 속에 포함되어 있는 기체가 물에서 빠져나와 압력이 낮은 곳에 모이게 되고, 물이 없는 빈공간이 생기는 현상이 발생할 수 있는데 이를 가리켜 공동현상이라 한다. 이렇게 기체가 빠져나오게 되면 수증기의 발생과 흡수공기의 유리등으로 인하여 흐름이 고체벽면에서 떨어지게 되는데, 이렇게 발생한 공동은 어느 시기에 이르면 액압에 의하여 파괴되고 이때 벽면에 충격을 주어 진동과 소음을 일으킴으로써 유량의 흐름에 어떤 영향을 끼쳤을지 모른다. 이에 따른 오차도 고려해야하지 않을까 생각해 보았다.
오차로 인해 원하는 Moody선도를 얻지 못해서 아쉬움이 많이 남는 실험이었지만, 덕분에 실험 전에는 잘 이해 못했던 마찰 손실 수두의 개념을 조금 이해할 수 있었고, moody 선도를 통해서 마찰계수와 레이놀드수, 관벽의 조도에 대해서 생각해 볼 수 있었던 실험이었다. 또한 유체역학이란 과목을 우리가 왜 배우는지에 대해서 생각해 볼 수 있는 기회였고 같은 조원들과 실험을 통해 상의를 하면서 좀 더 자세히 공부하게 된 계기가 된 것 같다.

키워드

공학,   마찰,   관마찰저항