[부산대학교 기계공학응용실험] 제트 유동장 실험

소개글

[부산대학교 기계공학응용실험] 제트 유동장 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 서론
가. 실험목적
나. 이론적 배경

2. 본론
가. 실험장치의 구성 및 방법
나. 실험결과 및 고찰

3. 결론

4. 참고문헌

본문내용

0
3.4
4.9
5.7
5.7
28
3.8
5.1
6.3
5.9
26
5.0
6.0
6.2
6.0
24
5.8
6.5
6.3
6.2
22
6.2
7.1
6.8
6.3
20
6.9
7.5
6.9
6.7
18
7.4
7.8
6.8
6.3
16
8.2
8.4
6.7
6.6
14
8.6
8.8
7.3
6.5
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9.2
9.1
7.4
6.7
10
10.0
9.6
7.3
6.8
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9.4
7.4
6.9
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11.2
8.4
7.9
7.1
4
11.1
9.0
7.6
7.3
2
11.5
9.5
7.8
6.5
0
11.7
10.0
8.4
6.8
x/d=8 일 때의 유속(m/s) 그래프이다. 최대속도는 높이 0mm에서 11.7m/s이고 최소속도는 높이 50mm~120mm에서 0m/s이다.
x/d=12 일 때의 유속(m/s) 그래프이다. 최대속도는 높이 0mm에서 10.0m/s이고 최소속도는 높이 85mm~120mm에서 0m/s이다.
x/d=18 일 때의 유속(m/s) 그래프이다. 최대속도는 높이 0mm에서 8.4m/s이고 최소속도는 높이 120mm에서 0m/s이다.
x/d=24 일 때의 유속(m/s) 그래프이다. 최대속도는 높이 0mm에서 7.3m/s이고 최소속도는 높이 120mm에서 1m/s이다.
여기서 높이(mm)는 난류제트발생장치의 입구와 평행할 때 0mm이고 높이가 올라갈수록 피토관은 내려가는 것이다.
이론적으로 난류제트발생장치의 입구와 피토관이 가까울수록 바람을 세게 받을 것이고 또한 입구와 평행할수록 바람을 정면으로 받아서 높은 유속이 나올 것이다. 결과를 보면 거리(x/d)가 가장 가까운 8일 때 유속이 대체적으로 가장 높으며 거리가 가장 먼 24일 때의 유속이 대체적으로 가장 낮다. 하지만 그래프의 구배를 보면 알 수 있듯이 x/d=8 일 때 값이 급격하게 변하고 높이 50mm부터는 유속이 0m/s으로 측정됐다. 반대로 x/d=24일 때는 값이 완만하게 변하며 모든 높이에서 유속이 측정됐다.
제트 유동의 일반적 특성에서 공부했듯이 입구 중심선상에서 속도가 최대이고 폭은 하류로 갈수록 넓어지고 최대 속도의 크기는 감소된다. 그러므로 입구와 피토관이 가까울 경우, 피토관이 아래에 있으면 제트 폭이 닿지 못하는 것이다.
② 열선유속계 측정 결과 및 고찰
x/d이란 제트입구부터 측정 장치까지 거리 x를 제트 입구 직경 d로 나눈 것이다. 이 실험에서 제트 입구는 동일하므로 x에만 영향을 받는다고 할 수 있다. 각 측정값을 메모장에 저장하여 평균을 낸 값이다.
높이 (mm)
열선 측정 속도 (m/s)
x/d = 12
x/d = 24
Volt
Volt
-2
4.2524
3.4733
-4
4.0893
4.1353
-6
4.2067
4.0981
-8
4.1667
4.0917
-10
4.1886
4.1941
-12
4.1515
4.0758
-14
4.2481
4.1115
-16
4.1367
4.0738
-18
4.1901
4.0395
-20
4.1777
4.1142
-22
4.1997
4.0243
-24
4.2303
4.0210
-26
4.1744
4.0424
-28
4.1323
3.9284
-30
4.0272
4.1189
-32
3.8936
4.0819
-34
4.1247
4.0623
-36
4.0324
4.1711
-40
3.9173
4.0996
-45
4.1071
3.9850
-50
3.7120
3.9197
-55
4.0088
3.7682
-60
3.8165
4.1159
-85
3.3703
3.5979
-120
3.4733
3.6258
x/d=12 일 때의 Voltage 그래프이다. 최대 V는 높이 2mm에서 4.2524V이고 최소 V는 높이 85mm에서 3.3703V이다.
x/d=24 일 때의 Voltage 그래프이다. 최대 V는 높이 10mm에서 4.1941V이고 최소 V는 높이 2mm에서 3.4733V이다.
여기서 높이(mm)는 난류제트발생장치의 입구와 평행할 때 0mm이고 높이가 올라갈수록 열선유속계는 내려가는 것이다.
이론적으로 난류제트발생장치의 입구와 열선유속계와 가까울수록 바람을 세게 받을 것이고 또한 입구와 평행할수록 바람을 정면으로 받아서 높은 유속이 나올 것이다. 최댓값과 최솟값의 결과만 보면 거리(x/d)가 12일 때가 24일 때보다 최댓값은 더 크고 최솟값은 더 작다. 3차 다항식을 보면 피토관보다는 기울기의 변화가 많다(변곡점이 명확히 2개). 전체적으로 봤을 때 거리(x/d)가 가까울수록, 입구와 평행할수록 Voltage가 높은 것을 알 수 있다.
3. 결론
압력차와 베르누이 정리를 이용해 만든 피토관의 실험에서는 평균속도만을 측정할 수 있어서 확실히 오차가 거의 없이 예상대로인 결과 그래프를 얻을 수 있었다.
열선유속계는 유속에 따라 열선의 온도가 달라지고 곧 저항의 변화에 따라 발생하는 전압차를 측정함으로써 유속을 측정하는 것인데 장비 자체가 민감하여 실험조건에 영향을 잘 받는다. 측정을 할 때 장비의 거리와 높이를 조절하는 실험자가 자(scale)를 확인할 때 머리 부분이 제트입구와 장치 사이를 막게 되는데 이때의 결과도 다 메모장에 저장되었으므로 약간의 (x/d=24에서 높이=0mm일 때와 같은)오차가 있는 것 같다.
실험을 통하여 제트 유동의 구조를 잘 파악할 수 있었다. 피토관 실험의 결과에서 알 수 있듯이 제트 입구와 가까우면 유속은 빠르지만 제트의 폭이 좁고, 입구와 멀면 유속은 느리지만 제트의 폭이 크다. 그리고 피토관과 열선유속계의 동작원리를 이해해 직접 실험해봄으로써 각각의 사용법과 유동장의 측정법에 대해 배웠다.
4. 참고문헌
- 기계공학실험교재편찬회, 기계공학 응용실험, 청문각, 2009
- 네이버 지식백과, http://terms.naver.com/ (Sep 22, 2014)
- http://blog.naver.com/gaspgogogo?Redirect=Log&logNo=10017037289 (Sep 23, 2014)

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