7.유체흐름관찰 (예비+결과)보고서

소개글

7.유체흐름관찰 (예비+결과)보고서에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

※ 토의
이번 실험을 하러 갔을 때 이전에 사용했던 조가 수조 위의 잉크를 남겨두고, 실험 당시 잉크가 제대로 배출되지 않으며 유체의 흐름이 잘 나오지 않는 등 여러 가지 문제점이 있었다.
유체의 흐름을 제대로 관찰할 수 없었기에 위와 같은 문제점을 조교님께 말씀드렸고, 조교님의 판단 하에 데이터를 받아 그 데이터를 토대로 보고서를 작성하였다.
따라서 실제 데이터를 측정 후 구한 값은 아니기 때문에 실제 오차요인은 아니지만, 실험과정에서 생길 수 있는 오차의 요인들의 대해 적어보았다.
첫 번째, 유량측정에 있어 오차가 있을 수 있다. 메스실린더와 초시계를 이용하여 유량을 측정하는 과정에 있어 메스실린더에 있는 눈금이 정확하게 나오지 않고 눈대중으로 읽어야 해서 약간의 오차가 있을 수 있다. 또한 실험실 내 메스실린더는 약간의 오차를 가지고 있을 수 있다.
초시계로 시간을 재는 과정에 있어서도 메스실린더에 유체를 채우기 시작하는 동시에 초시계의 시작버튼을 누르지만 이 과정에서 일부 오차가 발생할 수 있다.
두 번째, 층류와 전이영역, 그리고 전이영역과 난류를 알아보는데 있어 오차가 생길 수 있다고 생각한다. 유속이 느릴 때 나타나는 층류는 비교적 알아보기 쉽지만, 난류로 넘어가기 위해 유속은 점점 빨라진다.
이때 일정유속을 넘어설 경우 난류가 되어 버리는데, 유속을 점차 빠르게 하는 과정에서 천천히 그리고 정밀하게 조절해야하기 때문에 육안으로 확인하는 부분에서 어느 정도 오차가 생길 수 있을 것이라 생각한다.
전체적으로 난류가 층류보다 오차율이 큰 것이 이러한 원인이 작용했지 않나 싶다.
마지막으로 수돗물의 밀도 또한 오차의 원인이 될 수 있다고 생각한다.
21℃. 물의 밀도 문헌 값은 0.9979 이며 이때 물은 증류수를 의미한다.
그러나 실제 실험에 사용된 물은 수돗물이며 이 수돗물은 증류수가 아닌 여러 가지 불순물이 포함된 유체이다.
따라서 밀도 값이 정확하게 맞지 않았을 것이며 이로 인한 오차가 충분히 생길 수 있다고 생각한다.
그 외에도 수조가 깨끗하지 않을 경우 수조 내 불순물로 인해 유체의 밀도 값에 영향을 주어 오차가 생길 수도 있다고 생각한다.
※ 결론
이번 실험은 실험장치인 수조 내에 유체의 순환흐름을 만들고 유체 내 잉크를 풀어 유속에 따른 유속의 흐름을 보고 층류인지, 난류인지 혹은 그 중간과정인 전이영역인지를 확인하고 그 때의 유량을 측정하여 유속과 레이놀즈수를 구해보는 실험이었다.
레이놀즈 수란 물체를 지나는 유체흐름 또는 유체흐름의 관성력과 점성력 크기의 비를 알아보는 지표이다. 레이놀즈 수는 (D : 관의지름, : 평균유속, : 밀도, : 점도, : 운동점도)
로 나타낼 수 있는데 관의 지름과 유속, 점도, 밀도 이 네 가지를 알면 값을 계산 할 수 있다.
유량을 측정하고 그 측정값을 통해 유속을 계산할 수 있으며, 관의 지름은 측정하여 구할 수 있다는 것을 알게 되었다.
점도와 밀도는 수조 내 물의 온도를 측정하여야 하며, 그 온도에 맞는 문헌 값을 찾아 계산 할 수 있다.
관의지름과 밀도와 점도는 고정된 값(유체의 온도가 일정할 때)이므로 레이놀즈 수는 유속과 매우 직접적으로 비례한다고도 볼 수 있다.
층류에서는 점성력이 관성력에 비해 커야 하기 때문에 유속이 느릴 때 일어나며, 이 층류는 레이놀즈수 2100 미만일때를 의미한다.
반면에 난류는 레이놀즈 수 4000 이상일때로 층류와는 반대로 관성력이 점성력에 비해 크기 때문에 유속도 빠르다. 그렇기 때문에 우리는 잉크가 불규칙하게 회전하며 유체전체로 확산한다.
이번 실험을 통해 유량의 흐름에 따라 층류, 전이영역, 난류의 대해 이해하고 이를 구분하는 방법을 이해할 수 있었다. 그리고 유체의 유량을 통해 유속을 구하고 이 유속과 유량의 밀도, 점도, 관의지름을 통해 레이놀즈 수를 구하는 방법을 알 수 있었으며 유체의 흐름은 유속에 비례하여 층류 -> 전이영역 -> 난류로 변한다는 것을 다시 한번 확인 할 수 있었다.
참고문헌 :
- 단위조작 7판, Warren L.McCabe 외 2명, 이화영,전해수,조영일 공역. 2015
- 점성유체역학기초, 노오현, 박영사, 1992, p177~180
- 디스플레이 화학공학실험, 정우식 외 12인, 아진, 2007
- 화학공학 유체역학, James O.Wilkes, 김민찬, 윤도영 공역, 아진, 2003
- 유체역학, Victor L.Streeter 외 2명, 심우건 외 6명 공역, McGrawHill. 2000
- 위키백과 층류, 난류

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화공실,   화학공학실험,   유체흐름관찰