Orifice+meter+&+Venturi+meter 실험_결과레포트 [A+]

소개글

Orifice+meter+&+Venturi+meter 실험_결과레포트 [A+]에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Abstract
2. Experiment
3. Result & Discussion
4. Conclusion
5. Reference

본문내용

는 0.01002이다. 그러므로 이 값들을 공식에 대입하고, 계산한 유량과 각 관의 직경, 단면적의 값을 대입해 레이놀즈 수를 계산할 수 있다.
벤츄리 미터의 레이놀즈 수 ()
오리피스 미터의 레이놀즈 수 ()
1GPM
5405.45
2826.4
1.5GPM
6394.65
6923.18
2GPM
8372.54
10190.69
2.5GPM
11075.87
13846.39
3GPM
13457.03
16480.48
3.5GPM
16032.30
20381.31
4GPM
18406.94
23306.95
Table 7. 벤츄리 미터와 오리피스 미터의 레이놀즈 수 ()
레이놀즈 수는 무차원 수이므로, 단위를 가지지 않기 때문에 계산할 때 단위를 통일해주어 환산시켜 주어야 하는데, 1GPM의 유속일 때의 벤츄리 미터의 레이놀즈 수를 계산하는 과정을 예로 들면 다음과 같이 계산하게 된다.
레이놀즈 수가 2000보다 작으면 점성력이 커지므로 유체의 흐름이 규칙적인 정렬 형태인 층류, 4000보다 크면 관성력이 커지기 때문에 유체의 흐름이 불규칙적인 정렬 형태인 난류이고, 2000과 4000 사이는 전이 영역으로 나타낼 수 있다. 따라서 이번 실험에서는 1GPM의 유속으로 측정했을 때의 오리피스 미터의 흐름 형태만 층류와 난류의 사이인 전이영역으로 관찰되고, 나머지는 모두 유체의 흐름이 불규칙적이고 유속이 빠른 난류 영역이라 할 수 있다.
마지막으로 Table 5에서 구한 각 관의 배출계수와 Table 7에서의 레이놀즈 수의 관계를 x축은 레이놀즈 수, y축은 배출계수로 설정해 그래프를 그려 분석해보자. 다음 Fig 6은 벤츄리 미터의 관계를 나타낸 그래프이고, Fig 7은 오리피스 미터의 관계를 나타낸 그래프이다.
Fig 6. 벤츄리 미터의 관계를 나타낸 그래프
Fig 7. 오리피스 미터의 관계를 나타낸 그래프
Fig 6과 7을 보면 먼저 벤츄리 관에서는 1GPM에서 가장 작은 값을 보이고 1.5 GPM에서 조금 올라가더니 2GPM부터 4GPM까지는 조금씩 점점 감소하는 개형을 보인다. 또한 오리피스 관에서는 1GPM부터 4GPM까지 곡선의 형태를 띠었다. 이렇게 실험을 통해 구한 레이놀즈 수와 배출계수를 이용해 그린 그래프인 Fig 6과 7을 더욱 더 반복적이고 엄격하게 실행하여 정확도가 높은 실험을 통해 얻은 그래프인 다음 Fig 8과 9와 비교해보자.
Fig 9. 오리피스 관에서의 관계
위 Fig 8과 9를 실험을 통해 얻은 Fig 6과7 과 비교해보자. 먼저 벤츄리 관에서의 Fig 8은 레이놀즈 수가 일 때부터 배출계수가 로그함수의 형태로 증가하는 것을 볼 수 있다. 반면 Fig 6에서는 1GPM에서 가장 낮은 값을 보이고, 1.5GPM과 2GPM까지는 점점 증가했으나 2.5GPM부터 4GPM까지는 조금씩 감소하는 형태를 보였으므로 유속이 높아짐에 따라 정확도가 떨어졌다고 볼 수 있다.
또한 오리피스 관에서의 Fig 9는 가로축인 레이놀즈 수의 범위가 1부터 시작하므로 가로축에서의 부터로 생각해 Fig 9에서의 박스친 부분을 Fig 7과 비교하여야 한다. Fig 9에서의 박스친 부분을 보면 배출계수가 처음엔 큰 값을 지니다가 갈수록 점점 아래로 볼록하게 작아지는 것을 볼 수 있다. 이를 Fig 7에서의 그래프와 비교해보면 상당한 유사성을 띠고 있다고 할 수 있다. Fig 7 에서도 1GPM에서는 가장 큰 값을 가지다가 유속을 증가시킬수록 점점 더 배출계수가 아래로 볼록한 형태로 감소하고 있으므로 오리피스 미터의 실험은 벤츄리 미터의 실험보다 정확도가 더 높았다고 할 수 있다.
4. Conclusion
이번 Orifice meter & Venturi meter 실험은 오리피스-벤츄리 미터에 물을 흘려보내고 유속을 조절해서 각 관의 전후에 연결된 액주압력계의 높이 변화를 측정하는 실험이었다. 이 높이변화의 값을 이용해 이론적인 유량의 값을 구하고 배출계수를 구할 수 있었고, 각 관의 유속과 물의 밀도, 점도 값을 이용해 레이놀즈 수 또한 구할 수 있었다. 배출계수와 레이놀즈 수와의 관계를 그래프로 그려보고 실험의 정확도를 판단하였는데, 오리피스 관은 엄격한 실험에서의 결과적인 그래프와 높은 유사도를 보였고, 이에 비해 벤츄리 관은 유속이 증가할수록 정확도가 떨어지는 것을 볼 수 있었다. 이는 실험의 진행 과정에서 벤츄리 미터 실험에서의 정확성을 떨어지게 만든 오차의 원인이 있었다는 것이다.
또한 Table 5에서 배출계수의 평균값을 구했을 때, 벤츄리 관은 1.0916, 오리피스 관은 0.8530이었는데 이는 이론적인 배출계수의 값인 벤츄리 관 0.975, 오리피스 관 0.60과는 조금의 차이를 보였다. 이 또한 실험의 정확도가 떨어진 것이므로 오차의 여러 원인을 분석해보자.
먼저 레이놀즈 수를 계산할 때 공식에서 물의 밀도와 점도의 값이 필요했는데, 이번 실험에서 온도를 측정하지 않아 20의 상온이라고 가정한 후, 20에서의 물의 밀도와 점도값을 공식에 대입해 레이놀즈 수를 계산하였다. 온도에 따라 물의 밀도와 점도의 값이 변화할 수 있는데, 점도가 아주 적은 량 달라져도 레이놀즈 수는 굉장히 많이 달라지기 때문에 이 수온의 부정확성이 레이놀즈 수의 변화에 큰 영향을 미쳤다고 생각한다.
그리고 실험 과정에서 각 액주계에 기포가 차는 것을 볼 수 있었는데, 작은 기포는 흔들어도 잘 빠지지 않아 이 기포가 액주계의 높이값에 변화를 주어 오차의 원인이 될 수 있을 것이라고 생각하고, GPM 게이지를 조절해주는 것도 조원이 직접 눈으로 보고 한 것이기 때문에 역시 정확도가 떨어질 수 있었을 것이라 생각한다.
또한 Fig 8과 9에서의 반복적인 실험으로부터 얻은 정확한 그래프와 비교하였을 때 이번 실험은 단일 실험으로 한 번밖에 진행하지 못했으므로 당연히 정확도가 떨어질 수밖에 없었다고 생각한다. 이 실험도 여러 번 반복해서 진행한다면 정확도를 더 높일 수 있을 것이다.
5. Reference
[1] 2019년도 3학년 1학기 실험노트
[2] J.M. Smith (8판), <화학공학 열역학>, Mc Graw-Hill Korea, P52-61, 2018

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