정수압 벤추리미터 실험 레포트

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목차

정수압 벤추리미터 실험 레포트

본문내용

한다.
⑤ 이론식을 통해 이론값을 구하고 실험값과 비교한다.
물속에 완전히 잠긴 경우
횟수
1
2
3
H(cm)
20
20
20
L(cm)
27.5
27.5
27.5
B(cm)
7.4
7.4
7.4
D(cm)
10
10
10
d(cm)
9.9
11.1
13.6
m(g)
220
270
370
h″=(cm)
16.6
16.4
15.9
h″=
(cm)
16.7
16.3
15.9
오차
0.6%
0.6%
0%
5.실험결과
1) 부분 침수일 경우(y 물속에 부분적으로 잠긴 경우
횟수
1
2
3
H(cm)
20
20
20
L(cm)
27.5
27.5
27.5
B(cm)
7.4
7.4
7.4
D(cm)
10
10
10
d(cm)
4.5
5.4
7.1
m(g)
50
70
120
실험 h″=(cm)
18.3
17.8
17.6
이론 h″=H-(cm)
18.5
18.2
17.6
오차
1.1%
2.2%
0%
2) 완전 침수일 경우(y>d)
물속에 완전히 잠긴 경우
횟수
1
2
3
H(cm)
20
20
20
L(cm)
27.5
27.5
27.5
B(cm)
7.4
7.4
7.4
D(cm)
10
10
10
d(cm)
9.9
11.1
13.6
m(g)
220
270
370
h″=(cm)
16.6
16.4
15.9
h″=
(cm)
16.7
16.3
15.9
오차
0.6%
0.6%
0%
6.실험결과 해석 및 토의
물의 최대수심(d)이 높아질수록 완전침수와 부분침수가 동일하게 압력의 크기(F)값는 커진다. 수심이 높아질수록 정수압이 커지고 이에 따라 평형을 이루려는 추력의 크기도 커짐을 알 수 있다.
이론적으로는 침수깊이(d)와 압력의 중심 깊이(h’‘)는 선형 반비례하지만 실험값은 실험의 오차요인 때문에 정확하게 비례하진 않았다.
압력의 중심 깊이의 이론값보다 실험적 결과가 더 깊게 나왔는데 이는 실험외적인요소의 힘(대기압 등등)이 작용하여 실험의 깊이가 이론보다 더 크다고 할 수 있겠다.
벤튜리미터실험
목록
1. 실험목적
2. 실험원리
3. 실험기구
4. 실험방법
5. 실험결과
6. 실험결과 해석 및 토의
1. 실험목적
본 실험의 목적은 베르누이 방정식 및 이와 관련하여 유체유동 중에 일어나는 에너지 손실, 즉 역학적 에너지 손실 등에 대한 개념을 이해하는데 있다. 비압축성 유체의 경우 단위질량의 유체가 가지는 압력 에너지, 속도 에너지의 합은 항상 일정하며 이것을 베르누이 방정식이라고 한다. 본 실험은 베르누이 방정식을 이용하여 벤츄리 미터의 단면적 변화에 따른 수두변화를 측정하여 에너지 손실 및 유량의 크기에 따른 유량계수를 결정한다. (벤츄리 미터에 흐르는 유량을 예상하고 유량계수를 이용하여 실제 유량을 계산하는데 있다.
흐름은 점축소부와 목부 및 점확대부를 통하여 이루어지고, 목부의 단면은 주관로의 단면보다 작아 유속은 증가하고 압력은 강하하게 되는데, 이 압력 강하량을 측정하여 간접적으로 유량을 측정한다.
2. 실험 기본원리
관로계 내에 에너지 손실이 없다고 가정하면 베르누이 방정식이 성립한다. 따라서 벤튜리미터의 모든 위치에서의 에너지 합은 같으며, 그림 1에서 피에조미터(1), (4) 그리고 임의의 위치 (n)에서의 각각에 에너지 합은 같다. 이를 식으로 표연하면 식 [1]과 같다.
<그림 1> 벤튜리미터
[1]
식 [1]에서 벤튜리미터는 수평인 상태로 실험을 하므로 는 제거 되며, , , 을 수두로 표연하면 이 된다. 따라서
[2]
이 되며, 연속 방정식에서
[3]
가 되므로 식 [3]을 식 [2]에 대입하여 정리하면
[4]
가 된다. 따라서 벤튜리미터에 흐르는 유량 는
[5]
가 된다. 그러나 벤튜리미터 내의 압력손실로 인하여 실제의 유량은 계산 유량보다 작으며, 식 [6]과 같이 유량계수 C를 대입함으로써 실제유량과 가까운 값을 구할 수 있다. C의 값은 두 단면사이의 압력수두 차이를 측정함으로써 구할 수 있으며, 계기의 종류나 유량 크기에 따라 약간의 차이는 있으나 대략 0.93~0.98의 값을 가지는 것으로 알려져 있다.
또한, 벤튜리계의 축소부, 목부 및 확대부의 이론 압력은 식 [2]로부터 다음과 같이 유도 된다.
[6]
그리고 수두 강하량을 목부에서의 속도인 과의 비로 나타내면
[7]
이 되고 연속방정식을 이용하여 우변을 직경에 대한 식으로 변환하면
[8]
이 된다.
3. 실험장치 및 기구
벤투리미터가 설치된 실험장치, 핸드폰 스톱워치
4. 실험 방법
(1) 기구의 제원과 단면치수를 확인한다.
(2) 두개의 단면(ex:A,D)을 선정한다.
(3) C값 검정을 위한 단면(ex:G)를 선정한다.
(4) 유량조절밸브를 열어 벤투리미터 내로 물이 흐르도록 하여 공기를 제거하면서 흐르게 한다.
(5) 물의 흐름이 안정되게 조절한다.
(6) 흐름이 안정되면 단면의 수위, 유량을 측정한다.
(7) 수두차이 ()와 Q-()의 관계 수립을 위해 물 공급밸브를 조절하여 유량에 따른 수두차이를 측정한다.
(8) 6회 실험 후 이론값과 비교한다.
5. 실험결과
실험횟수
물의부피
()
시간
(sec)
()
유량계수
()
1
330
128
202
10000
28.64
349.16
0.54
2
286
136
150
10000
31.75
314.96
0.57
3
254
130
124
10000
35.21
284.01
0.56
4
216
120
96
10000
40.78
245.21
0.55
5
185
108
77
10000
47.28
211.5
0.53
6
151
95
56
10000
56.13
178.15
0.52
7
117
80
37
10000
69.33
144.23
0.52
유량계수
유량
7. 실험결과에 대한 논평
1) 유체가 목(throat)를 통과할 때 압력이 감소하며 유속이 증가한다.
2) 단면적이 좁아지는 구간에서는 단면적이 넓어지는 구간에 비해 평균유속이 증가하고 특 히 가장 단면적이 좁은 목에서는 평균유속이 가장 크다.
3) 손실수두는 유량이 많으면 많을수록 더 커진다.
4) 위 그래프를 분석결과 유량이 감소하면 입,출구의 수두차이가 감소하며 유량계수도 감소 한다.
5) 실제유량과 계산유량의 차이는 관내부의 마찰과 유체점성에 의한 손실에 의해 발생한다.

키워드

정수압,   벤투리미터,   유체역학,   벤트리미터