[열유체실험 A+ 과제] 3. Orifice & Free jet flow(오피피스&자유분류 실험) + Pito static tube(피토관 실험)

소개글

[열유체실험 A+ 과제] 3. Orifice & Free jet flow(오피피스&자유분류 실험) + Pito static tube(피토관 실험)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Orifice & Free jet flow (오리피스 & 자유분류 실험)

① 목 적
② 이 론
③ 실험 방법
④ 결과 및 분석
⑤ 토 의

2. Pito static tube (피토관 실험)

① 목 적
② 이 론
③ 실험 방법
④ 결과 및 분석
⑤ 토 의

본문내용

수 있다. 유체역학 교재에는 이런 시스템은 매우 큰 탱크에서 이뤄진다는 가정 하에 으로 계산한다. 하지만 이 실험은 작은 물탱크라 넘치는 물을 빼주는 파이프가 없다면 수면의 물높이가 줄어드는 것이 눈에 보인다. 그러므로 대략 3%이하의 오차가 생긴 것은 만큼의 오차가 발생한 것이라고 생각한다. 의 속도를 측정할 수 있다면 오차를 줄일 수 있을 것이다.
② 유량계수, 수축계수의 오차가 음수(-)이고 특히 D=6mm에서 오차가 매우 크게나온 이유
[ 축류 현상 Stream lines ] [ 축류 현상 CFD 시뮬레이션 ]
: 수축계수에서 오차가 음수가 나왔다는 것은 에서 측정으로 구한 값이 문헌값 보다 더 크다는 의미이다. 결국 우리 실험에서 구한 에서 수축단면()이 문헌의 수축단면보다 크다는 의미이다. 물 입자들의 Stream line이 구멍 입구에서 모여 구멍을 나갈 때 관성에 의해 구멍단면 보다 작은 단면으로 수축해서 유출하게 되는데 이러한 현상을 축류(Vena contracta)라고 한다. 수축이 잘 일어나기 위해서는 관성력이 크면 된다. 에서 a가 커지면 되는데 그러기위해서는 속도변화량이 커야한다. 홀을 물이 빠져나가기 전과 수축부분에서의 베르누이 방정식을 세워 보면, 이다 (:물이 빠져나가기전에 탱크물 높이/ 기준위치 같으므로 양쪽 위치수두=0/ 대기압으로 인한 압력수두=0으로 봄). 은 수면이 줄어드는 속도 이므로 매우작다. 그러므로 가 커지면 수축부분의 속도()가 커지고 결국 물이 빠져나가기 전과 수축부분의 속도차가 커져 관성력이 커지게 된다. 이렇게 되면 커진 관성력에 의해 수축단면적이 작아질 것이다.
하지만 우리 실험에서 6mm의 오리피스는 큰 구멍에 비해 물높이()가 낮다고 생각한다. 그래서 일 때 일 때 모두 오차가 크다고 생각한다. 역시나 알수 있는 것은 가 상대적으로 더 낮은 200(mm)일 때 오차가 더 크다는 것이다.
이렇게 발생한 수축계수의 오차는 에서 알 수 있듯이 유량계수에 영향을 준다. 속도계수 수축계수 모두 1보다 작은 상수로써 곱하면 둘 중 큰 값보다 작아진다. 그러므로 유량계수는 수축계수보다 작다.
2. Pito static tube (피토관 실험)
목 적
: 피토 튜브를 이용하여 관내의 속도분포를 파악한다.
이 론
:
실험 방법
① 펌프를 작동시켜 관에 물이 흐르게 한다. 메스실린더와 초시계를 이용하여 유량을 측정한다.
② 피토관을 파이프 중앙에 오게하여 정압과 전압을 측정한다.
③ 피토관을 관벽 쪽으로 조금씩 전진시키며 정압과 전압을 측정한다.
④ 유량을 바꿔 동일한 실험을 반복한다.
결과 및 분석
① 유량별 관내 속도분포 비교
(1) 낮은 유량일 때
(2) 중간 유량일 때
(3) 높은 유량일 때
=> 측정 유량과 적분을 통해 구한 유량 비교
Q = 0.000358
Q = 0.000444
Q = 0.000555
오차율
2.91 (%)
3.1 (%)
5.1 (%)
② 결과 분석
(1) 유량이 높아질수록 속도분포가 일직선에 가깝다. (최대속도와 최저속도의 차가 작다.) 난류의 형태를 가진다고 유추할 수 있다. (토의에서 자세히 다룰 것임)
(2) 유량이 높아질수록 오차율이 커졌다. 관 마찰 손실 ( ) 때문이다. 유량이 증가하면 연속방정식에 의해 속도가 증가하고 관마찰 손실이 증가한다.
(3) 보고서에 첨부하지 않았지만 데이터를 보면 관 벽에 가까워질수록 정압 수두가 커졌다. 베르누이방정식으로 정압이 높고 동압이 낮음을 알 수 있다.
토 의
① 오차 원인
(1) 14~16mm 구간의 속도분포가 포함 되지 않았다.
: 적분한 부피(계산 유량)는 실제 측정한 유량보다 항상 작았다. 그에 대한 원인으로 관벽 주변의 속도 분포를 측정할 수 없었고, 그래서 그 범위의 속도분포의 부피를 더하지 않았기 때문이다.
(2) 피토관 계수 고려 안했다.
: 피토-정압관은 동압측정 시 피토관 계수를 고려해 줘야 한다. 기존에 수두를 통해 구한 속도에 피토관 계수를 곱하면 더 큰 속도 값을 얻을 수 있고 연속방정식에 의해 유량이 커짐을 알 수 있다. 식은 이다.
(3) 관마찰 손실 (이미 위에서 언급한바 있다.)
② 층류/난류 확인
Q=0.000358(m³/s)
Q=0.000444(m³/s)
Q=0.000555(m³/s)
Re
14700~17100
19200~20800
23600~24800
: 속도분포 그래프가 난류처럼 나왔다. 레이놀즈수를 구해봤는데 역시 임계레이놀즈수인 2320 이상이 나왔다. 이로인해 난류임을 확인 할 수 있다.

키워드

열유체실험,   Pito static tube,   Orifice,   Free jet,   피토관 실험,   오리피스 실험,   피토관,   자유분류,   오리피스,   취업깡패