관마찰계수 실험 보고서(실험 목적, 실험 이론, 실험 방법, 오차의 원인, 고찰)

소개글

관마찰계수 실험 보고서(실험 목적, 실험 이론, 실험 방법, 오차의 원인, 고찰)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 서 론 -------------------------------------------- 0
1.1 실험목적
1.2 실험원리
2. 본 론 -------------------------------------------- 0
2.1 실험장치
2.2 실험방법

3. 결 론 -------------------------------------------- 0
3.1 실험결과
3.2 오차발생원인
3.3 고찰
4. 참고문헌 ------------------------------------------ 0

본문내용

하기 위해서는 베르누이의 방정식으로부터 유도해야한다.
V는 관속의 평균 유속이고, 실험에서 관의 직경은 일정하므로 이므로
이다. 따라서 마찰손실수두 은 로 유도될 수 있다. 또한 파이프가 수평이면 이므로, 위식은 다시
로 표현이 된다. 따라서 주 손실은 단 면적이 일정한 수평 파이프의 완전히 발달된 유동에 대한 압력 손실로 나타낼 수 있게 된다.
관 내는 평행상태이므로 물의 흐름방향으로 힘의 평형조건식을 구하면
() 이 된다. 이 식에서 양변을 r로 나누면
으로 유도된다. 이제 양변을 로 나누면
이 나오게 된다. 위의 마찰손실수두 을 대입하면,
으로 유도가 된다.
마찰력은 관벽에서 최대이고, 이 때의 반지름을 a이라고 하였을 때, 관벽에서의 마찰력 는 가 된다. 마찰수두 관계식은 항상 성립하기 때문에,
로 나타낼 수 있다. 여기서 는 마찰손실계수라고 한다. 하지만 실험에서 마찰손실수두를 구하려면 마찰력 를 알아야 하는데 구하기 쉽지 않기 때문에 니크라제 실험식을 이용한다.이때, 마찰손실계수 는
ⅰ) 층류영역
ⅱ) 난류영역 (단, 상대조도()가 작은 미끈한 관)
일 때,
ⅲ) 난류영역 (단, 상대조도가 큰 거친 관)
r : 유선(물의 흐름)에서 임의의 점까지의 거리(반지름)
τ : 원통 내면에 작용하는 마찰력
2. 본 론
2.1 실험 장치
1.관 마찰 실험 장치
2.매스실린더
3.액주계
4.초시계
2.2 실험 방법
1.hydraulic bench의 펌프를 작동시켜 관로 내 유량 공급
2.hydraulic bench의 수위계를 이용하여 공급 유량을 측정
3.유량을 변화시키며 액주계 눈금변화를 5회 측정
4.선형 대수지에 Re 및 f 계산결과를 표시하고 분석한다.
3. 결 론
3.1 실험 결과
h1(m)
0.320
0.350
0.378
0.407
0.450
h2(m)
0.260
0.235
0.209
0.170
0.126
t(sec)
10.77
8.72
6.58
5.38
4.5
d=1.08mm, L=1000mm
물()
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
유량(/sec)
9.29*
1.147*
1.52*
1.859*
2.22*
속도(m/sec)
101.409
125.206
165.922
202.928
242.335
, 일정 시간 동안에 채워진 물과의 관계로 표현 가능
Re
83796.26626
103460.1989
137104.6366
167683.4277
200246.2127
f
0.0186
0.0176
0.0164
0.0156
0.0149
3.2 오차발생원인 및 해결방안
위 실험원리에서 다뤘던 것처럼 부차적 손실수두를 무시하고 계산을 진행하였기 때문에 실제 손실수두보다 작게 나왔을 것이다. 때문에 부차적 손실수두를 계산하고 위 데이터 값을 도출했다면 오차가 줄어들 것이다.
2. 수두를 측정하는 인원이 사람이기 때문에 정확한 수두값을 가질 수 없었다. 인간의 눈으로 정확한 값을 측정하기에는 한계가 있다. 실험자가 최대한 수두값을 수평으로 읽으려 노력했으나 완벽했다고 볼 수 없기 때문에 미묘한 오차가 발생했을 수 있다. 때문에 이러한 오차를 줄일려면 수두를 알려주는 다른 장치가 필요할 것이다.
3.동점성 계수를 수온이 10℃로 가정하고 실험을 진행했으나, 정확한 수온값이라고 볼 수 없다. 실험 당시 수온을 정확하게 측정하고 이에 맞는 동점성 계수를 구하여서 데이터를 도출했다면 더욱 근사한 그래프를 얻을 수 있을 것이다.
4.물을 조절하는 실험자가 정확하게 일정한 양의 물을 조절했다고 볼 수 없다. 본 실험은 수량은 0.001m^3로 일정하게 수량을 공급했다고 가정하였으나 정확한 수량이라고 볼 수 없다. 그렇기 때문에 수량을 아예 0.001m^3로 일정하게 하지 않고 그때에 맞는 수량을 측정하여서 실험값을 도출했다면 오차가 줄어들 수 있다.
5.실험횟수가 제한적이였다. 본 실험은 5회를 기준으로 그래프를 도출하는 것이지만, moody 도표도 10000회에 도달하는 실험횟수를 기준으로 그래프를 고안하였다. 때문에 실험횟수를 더욱 늘린다면 경험적 횟수가 늘어나기 때문에 그래프가 더욱 근사치에 도달 할 가능성이 있다.
3.2 고찰
본 실험은 유체가 관내를 흐를 때 점성으로 인한 마찰손실을 측정하기 위해 손실수두를 수두차를 통해 구하고 이와 관련된 레이놀즈 수를 계산하여 moody 도표를 그려보고 비교해보는 실험이다. 위 데이터를 엑셀로 구하여서 그래프를 도출해 보았다. 형태는 무디도표와 비슷한 형태가 나오게 되었으나 정확한 값이라고는 볼 수 없었다. 레이놀즈 수를 계산해보았을 때 대부분 80000이상으로 크게 나와서 난류인 상태로 를 통해서 그래프를 그려보았다. 이론적으로는 로그함수 그래프가 나와야 하나 실험의 횟수가 5번으로 제한적이여서 여러 데이터를 얻지 못하였고 마노미터의 수두차를 읽을 때 수평으로 눈금을 읽다보니 오차가 발생하고 말았다. 또 유량을 조절하는 인원과 시간을 재는 인원이 서로 완벽하게 맞출 수 없기 때문에 그에 대한 오차도 발생했을 것이다. 또 부차적 손실수두를 무시하고 계산을 했기 때문에 실제로는 마찰값이 더 컸어야 했을 것이다. 따라서 위 오차들을 줄이면서 실험을 진행했더라면 더 근사한 그래프를 얻을 수 있을 것이다.
[ 참고문헌 ]
1.http://ezformula.net/esne/aboard/view.php?&bbs_id=bbs03&page=3&doc_num=54
2.https://www.google.com/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwiZl_vrvI3mAhUafXAKHZrDCikQjhx6BAgBEAI&url=https%3A%2F%2Fwww.youtube.com%2Fwatch%3Fv%3DJyNHGlQs4Ec&psig=AOvVaw2QUtyGODQ8WlYgKMVA7CG5&ust=1575050059588416
3.https://engineershelp.tistory.com/39
4.http://www.riss.kr/search/detail/DetailView.do?p_mat_type=be54d9b8bc7cdb09&control_no=b00f91d3addbda78

키워드

관마찰,   관마찰계수,   손실수두,   관마찰실험고찰,   실험이론,   관마찰계수실험,   실험방법,   실험결과