airflow demonstration apparatus

목차

1. INTRODUCTION
1-1 실험목적
1-2 이론
1-2-1 유체
1-2-2 유체마찰
1-2-3 Bernoulli의 정리
1-2-4 Pitot-tube
1-2-5 Venturi tube
1-2-5-1 물의 유동
1-2-5-2유량과 유속
1-2-6 실험 주요 수식

2. EXPERIMENTAL
2-1 실험기구
2-2 실험 방법
2-2-1. conical inlet
2-2-2. orifice and venturi
2-2-3. pitot tube
2-3. 참고자료

3. REFERENCES

본문내용

탭을 낸다.
1-2-5-1. 물의 유동
관내에 물을 흘려 이 물의 속도를 점점 빠르게 해가는 경우를 생각한다. 처음에는 물이 고요히 흘러 물의 각 분자는 마치 선을 그리는 것처럼 전체는 층을 이루며 이동한다 그러나 이 속도가 점차 빨라짐에 따라 물의 부는 결국에는 불규칙하게 흐르는 것과 같이 된다.
이 경우 층상 흐름의 쪽을 층류(Laminar flow) 또는 유선운동(Stream line motion)이라고 하고, 각 분자가 이동하는 궤적을 유선(Stream line), 유선의 덩어리를 유관(Stream tube)이라고 한다.
이것에 대해서 불규칙하게 유동하는 것을 난류(Turblent flow) 또는 난류운동(ent motion)이라고 한다. 이 경우에는 물의 분자가 유동하므로 난류의 이러한 것을 Eddy flow라고 한다.
이 층류에서 난류로 바뀌는 경계점 속도를 임계속도(Critical velocity)라고 한다. 영국의 Osborne Reynolds(레이놀즈)는 관내를 흐르는 흐름이 층류인지 난류인지를 가늠하는 레이놀즈수(Reynolds number)라는 무차원수를 발견했다. 레이놀즈수는 Re로 표기하며, 유체의 점성에 기인한 고유의 값으로, 유속 관경에 의해 결정되는 수로서, 실험에 의하면 관내 흐름에서는 Re=2000 이하 이면 층류로 됨이 알려져 있다.
공업용수로에서의 물의 흐름 대부분이 임계속도 이상의 난류이다. 이러한 난류는 운동상태가 대단히 복잡하여 도저히 계산식으로 나타낼 수 없으므로, 편의상 층류로 가정하여 계산한 다음 물의 운동의 경향을 파악하는 경우가 많다.
1-2-5-2.유량과 유속
물이 하천·수로·관로 등을 흐를 때 임의의 단면적을 단위시간에 통과하는 물의 양을 유량(Rate of flow or Rate of discharge)이 라고 한다.
물이 난류운동을 하고 있을 때는 물론이고 유선운동을 하고 있을 때에도 흐름의 동일 단면적상에서 속도는 다르다.
예를 들면 관의 양 측벽 부근에서는 벽과 물 사이의 마찰저항에 의해서 흐름의 속도는 늦고, 중심부에 가까와짐에 따라 빨라진다.
또한 위는 공기와 접촉해 있는 개수로의 경우에서도 바닥면 부근에서는 마찰로 인해 흐름의 속도가 늦고, 수면에 가까운 부분에서도 공기와의 마찰저항 때문에 속도는 다소 느려진다. 관로를 물이 흐를 때에도 중앙 부분이 가장 빠른 속도로 흐르고, 관벽에 가까운 곳일수록 느린 속도로 흐른다. 이와 같이 수류의 속도는 단면의 각 점에서 다르기 때문에 정확히 나타내기는 어려우므로, 일반적으로 사용하는 흐름의 속도는 단면의 각 점에서의 속도를 평균한 값을 가지고 균일하다고 가정하여 나타낸다. 즉, 평균속도(Mean velocity)로 나타낸다.
단면적 A(m)인 곳을 유속 V(m/s)의 평균속도로 물이 홀러갈 때, 유량 Q는 1초당 AV(m3)이므로
Q＝AV
즉, 유량=단면적X속도이다.
1-2-6. 실험 주요 수식
1) conical inlet
{ .} atop {m}= 3.479{C}_{D} {d}^{2}(Δ{h}_{w}ρ) {}^{½}
【kg/s】
{.} atop {V}=3.479 {C}_{D} {d}^{2}(Δ {h}_{w}ρ) { }^{½ }
data : d (throat diameter) = 0.14m
ρ (유체의 밀도, 760㎜Hg, 20℃) = 1.21 kg/㎥
{.} atop {V}와 { .} atop {m }의 초기 계산에서 {C }_{D }=0.96이고, {C }_{D }는 {N }_{Re }의 함수
2) Venturi tube 와 Orifice tube
① Venturi tube - obstruction flowmeter
{ .} atop {m}= 3.479{C}_{z}εE {d}^{2}(Δ{h}_{w}ρ) {}^{½}
【kg/s】
{.} atop {V}=3.479 {C}_{Z}εE {d}^{2}(Δ {h}_{w}ρ) { }^{½ }
【㎥/s】
② Orifice plate
{.} atop {m}= 상수× {C }_{Z }εE {d }^{2 }(ρΔ {h }_{w } ) { }^½{ }
3) Pitot - static tube
U=1.416(ρg {Δ {h }_{w } } over {ρ }) { }^{½ }
【m/s】
[1,2,3]
2. EXPERIMENTAL
2-1. 실험기구[4]
conical inlet, orifice and venturi, pitot tube
2-2. 실험방법[4]
2-2-1. conical inlet
① 장치의 전원 스위치를 "on"으로 하고, 유량을 조절하는 damper를
완전히열었다.
② conical inlet 에 부착된 press tapping과 대기압 사이의 hw를 측정하였다.
③ 이때 , 를 계산하기 위하여 처음
c_{ d }
는 0.98( =0),e=1, =1로 하여 , 를 계산하였다.
④ 다음에 속도를 구하고
`_{ N_{ Re } }
를 구해서 다시
c_{ d }
를 curve 1에서 구하였다.
⑤ damper를 이용하여 을 변화시켜서 반복 실험을 하였다.
2-2-2. orifice and venturi
① 장치의 전원 스위치를 "on"으로 하여 2.1)실험에서 얻은 값을 이용하여 의 값을 계산하였다.
② 각각의 hw or P를 측정하였다.
③ 값 (즉, damper 조절)을 변화시켜서 반복 실험을 하였다.
2-2-3. pitot tube
① 장치의 전원 스위치를 "on"으로 하였다.
② damper를 조절하여 을 조절하였다.
③ pitot tube를 관로의 단면에 대한 직경 방향으로 차압을 측정하였다.
④ 을 변화시켜서 반복 실험하였다.
2-3. 참고자료
< Table.1. 공기의 점성 및 동점성계수. >
3. REFERENCES
[1]
http://user.dankook.ac.kr/~process/carbon2.htm
[2]
http://mbel.kaist.ac.kr/lecture/che201/2001-3.ppt
[3]
http://www.samchullyac.co.kr/actest_02.htm
[4] 화학 공학 실험 1, 전북대학교, 2004, p 42

키워드

airflow demonstration apparatus,   화학공학실험,   유체측정,   유체역학