수리학실험 레포트(오리피스유츨)인하대학교

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목차

1. 실험목적
2. 실험장치
3. 이론
4. 실험절차
5. 참고문헌

수리실험 결과보고서
1. 실험 DATA
2. 결 론
수리실험 결과보고서

본문내용

유속이 균일한 부분의 단면적은 이므로 이것을 단면적으로 취급해야 한다. 따라서 오리피스를 통한 실제 유량은 다음과 같다.
위 식에서 는 유량계수(coefficient of discharge)라 하며 의 범위로 수심 와 오리피스의 직경 에 따라 변화한다. 예연(銳緣) 오리피스의 경우 유량계수 에 대한 실험식이 제안되어 있다.
식⑬
위 그림과 같이 접근유속을 라 하고 오리피스의 중심을 기준면으로 취하여 수면과 수축단면의 중심사이에 Bernoulli의 방정식을 적용하면
여기서 이다. 수조의 단면적을 라 하면 이므로
여기서 이다. 이 식으로부터
식⑭
가 1보다 작을 경우 접근유속의 영향은 무시되고 식⑭로부터 유량을 구한다.
○ 원형단면의 큰 오리피스
오리피스의 직경이 수심에 비하여 크기 때문에 오리피스 윗부분에서의 수도와 아래 부분에서의 수두가 같지 않다고 취급하며 인 경우이다. 위 그림과 같은 원형단면의 큰 오리피스에서 축소된 를 통하여 유출되는 유량 는
여기서 이므로
여기서 는 이항 정리에 의하여
이므로 에서 까지 적분하면
여기서 라 하면
와 의 관계는 다음의 표와 같다.
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.6
3.0
3.8
4.2
5.0
0.9604
0.9753
0.9823
0.9876
0.9897
0.9918
0.9933
0.9953
0.9965
0.9978
0.9982
0.9987
○ 구형단면의 큰 오리피스
토리체리 공식에서 유속 는
여기서 자유낙하 높이
유출거리
그런데 이므로
그러므로 유출거리는
4. 실험절차
○ 수두 (H)를 고정했을 경우
① 수리실험대 위에 오리피스 장치를 수평으로 설치한 후 오리피스의 직경을 측정한다.
② 물을 오리피스 수조로 보내어 월류관 수위부근까지 채우고 수위를 고정시키는 작업을 한다.
③ 유량계수 를 측정하기 위하여 오리피스 수조의 수두 와 유량 를 측정한다.
④ 유속계수 를 결정하기 위하여 피토관을 오리피스 통과한 최대수맥의 중앙에 위치하여 동압수두 를 측정한다. 이 때 의 값도 측정한다.
⑤ 수축계수 를 결정하기 위해 수축단면의 직경을 측정한다.
○ 수두 (H)를 변화할 경우
급수 밸브를 조절하여 수두 (H)를 고정했을 경우의 H값을 으로 분할하여 각 수위일 때의 유량을 측정한다.
○ 주의사항
① 수두 (H)를 변화할 경우를 실험할 때 각 수위에서 유량이 정상류 상태로 될 때까지 충분한 시간 간격을 둔다.
② 수조 내의 수두와 오리피스를 통한 유량 간의 상관관계를 얻기 위해서는 가능한 한 많은 수 의 상이한 유량에 대하여 실험하는 것이 바람직하다.
5. 참고문헌
① 수리학, 청문각, 윤용남, (1999)
② 기초수리실험법, 청문각, 윤용남, (1999)
③ 수리실험, 조선대학교 출판부, 김운중, (2002)
④ 수리실험의 기초 원리와 방법, 신광문화사, 지정환, (1998)
⑤ 기초 수리학, 형설, 정상옥, (2003)
⑥ 수리학 관련 인터넷 사이트
수리실험 결과보고서
실 험 명
일정 수두 Ho가 유지될 때의 실험적인 Cd결정 방법
오리피스 직경 dO (mm)
전수두
Ho (m)
동압수두
Hc (m)
수축부 직경
dc (mm)
속도계수
Cv
수축계수
Cc
유량계수
Cd
13
0.390
0.389
10
0.999
0.592
0.591
실 험 명
여러개의 상이한 수두 Ho에서의 유량측정을 통한 Cd결정 방법
번 호
물의 양
(l)
시간
(sec)
유량
Q (m3/sec)
전수두
Ho (m)
(m1/2)
유량계수
Cd
1
5
20.8
2.404×10-4
0.390
0.624
0.655
2
5
23.2
2.155×10-4
0.360
0.600
0.611
3
5
23.5
2.128×10-4
0.330
0.574
0.630
4
5
25.4
1.969×10-4
0.300
0.548
0.612
5
5
26.4
1.894×10-4
0.272
0.522
0.618
6
5
27.9
1.792×10-4
0.240
0.490
0.623
1. 실험 DATA
∴ 유량계수(Cd)
1번 방법
0.591
2번 방법
0.625
2. 결 론
※ 주의사항 : ① 두 번째 방법의 유량계수는 Q- 그래프를 엑셀로 작성하여 구하고 반드시 뒷장에 첨부 할 것.
② 2.결 론 에서는 실험결과에 대하여 다른 자료 혹은 문헌과 비교해 보고 자신의 의견을 적는다.
□ 결과
◎ 1번 방법
○ 속도계수 ( Coefficient of Velocity )
- 이론유속과 실제유속과의 비
○ 수축계수 (Coefficient of Contraction)
- 오리피스 단면적과 수축단면적과의 비
○ 유량계수
◎ 2번 방법
○ 유량계수
1.
2.
3.
4.
5.
6.
1번 방법과 2번 방법의 유량계수 차는 이다.
□ 고찰
○ 오차의 원인
① 오리피스 실험장치가 약간 기울어져 있어 전수두의 정확한 측정이 어려웠다.
② 1번 방법에서 동압수두를 잴 때 물이 통과하는 중심부에서의 속력수두를 측정하여야 하는데 정확한 중심부를 측정 못한 것 같다.
③ 유량 측정 시 시간을 초시계로 측정할 때 눈으로 보고 측정했기 때문에 정확한 측정이 이루어 지지 못한 것 같다.
④ 조작 미숙도 오차에 큰 원인이었다.
- 첫 번째 실험으로 오리피스 유출 실험을 했다. 유량측정을 위하여 물탱크 또는 저수지 등의 측면 또는 바닥 등에 설치된 기하학적 구조를 갖춘 오리피스와 그에 대한 유출실험에서는 베르누이 법칙과 유량 결정 공식 등에 대한 이해가 필요했다. 손실수두로 인하여 이 성립하지 않고 손실된 수두의 양의 차이만큼 오차가 생기는 것을 직접 확인해 볼 수 있는 실험이었다. Q와 값으로부터 구한 그래프를 보면 거의 일정하게 내려온다고 볼 수 있다. 식으로부터 구한 유량계수의 평균치와 그래프의 경사를 사용하여 계산한 유량계수의 값이 거의 일치되었다.
첫 번째 실험이라 많이 부족한 점이 많았다. 그래서 꽤 큰 오차가 난 것 같아 아쉽다. 다음에 실험하는 수리실험대 실험에서는 실험방법이나 기본 이론을 충분히 숙지한 다음에 실험을 해야겠다. 실험방법 설명을 잘 알아듣지 못한 우리 조를 위해 고생하신 조교님께 감사드리며 이번 오리피스 유출 실험 보고를 마치도록 하겠다.

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