유체흐름의 종합 실험

소개글

유체흐름의 종합 실험에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

수두는 벤튜리 미터 입구속도 수두의 1/6정도이다. 따라서 는 이다. 예를들어, 만약
손실수두 = 107(입구수두속도)
③ 로타미터
실험측정 결과 표를 관찰하면 손실수두는 사실상 유량에 무관하고 수주[]의 어떤 일정한 값을 갖게 된다.
이와같은 식이 된다.
④ 확대관(wide-angled diffuser)
입구와 출구의 면적비는 1 : 4이므로 출구속도수두는 입구속도수두의 1/16이다. 예를 들어, 만약
벤튜리 손실수두 계산에서 입구속도계수 = 42.8[mm]
출구속도수두
⑤ 엘보우
90˚ 곡관에서 안지름 51[mm]인 관(G)에 입구를, 안지름 26[mm]인 관 (H)에 출구를 정하고 식 이용하면 출구 속도 수두는 입구속도수두의 16배 정도이다. 예를들면
입구속도수두 출구수두속도는 42.8[mm]가 된다. 따라서
[로타 미터자 손실수두]
4. 실험장치 (Apparatus)
[실험장치]
① 흐름 측정장치
② 유체 실험대
③ 스톱워치
[흐름 측정 종합 장치]
5. 실험방법 (Experimental method)
① 유체 실험대 위에 흐름측정장치를 수평되게 올려 놓고 실험대 급수 밸브쪽 호스가 장치의 입구에 오도록, 장치 출구쪽 호스가 계량 탱크에 오도록 연결시킨다.
② 유체 실험대의 작동으로 급수 밸브를 열어 투명관에 물을 채운 다음 마노미터의 공기 밸브와 출구측 유량조절 밸브를 조금 열어 로타미터가 관의 계량눈금 중간 위치 정도에 오도록 조절한다.
③ 출구측 유량 조절 밸브를 가감해 가면서 각종 유량에 대한 모든 관의 마노미터(수주)높이를 최고에서 최저까지 측정하고 계량탱크로 이와 관련된 유량을 함께 측정하여 기록한다.
6. 관찰 및 결과 (Observation & Result)
★★유체가 벤튜리관을 통과할 때 압력은 감소했다가 다시 회복된다. 실제 실험결과에서도 압력은 감소했다가 약간의 손실은 있었지만 거의 회복되는 것을 알 수 있다. 그러므로 유체가 벤튜리관을 통과할 때 유속은 증가한다. 오리피스관도 벤튜리 유사한 경향을 보인다. 유체 통과시 압력은 감소하고 유속은 빨라진다. 하지만 다른점은 벤튜리관을 통과한 유체의 압력과 유속은 처음으로 거의 회복되지만, 오리피스는 관을 중간에 막고 작은 구멍으로 통과 시키기 때문에 마찰손실이 크다. 그래서 압력손실이 많이 생긴다. 이는 오리피스관에서 빠져나온 유체가 갑자기 단면적이 커지면서 생기는 소용돌이현상이 생기기 때문이다.
실험에 의한 벤튜리계수와 오리피스계수를 문헌값과 비교해보면 잘 설계된 벤튜리 관에 대해서는 관의 지름이 2～8 in일 때는의 값이 약 0.98이며 관의 지름이 이보다 더 큰 경우에는 값이 약 0.99가 된다고 한다. 하지만 보통의 실험에서는 오차가 종종 발생하는데, 즉의 값이 0.9이하로 떨어지는 경우를 말한다. 이것은 미세한 기포의 발생이나 수돗물의 사용으로 볼 수 있다. 수돗물의 사용으로 인한 오차란 실험 데이터 분석에서 밀도와 점도를 증류수의 데이터를 사용하는데 보통의 실험에서는 수돗물을 사용했기 때문에 생기는 오차이다. 증류수는 순수한 물이라고 한다면 수돗물은 그것에 불순물이 섞인 물이라고 할 수 있다. 그러므로 둘의 물리적 특성은 아주 큰 차이는 아닐지라도 조금의 차이를 보인다. 다행스럽게도 실제 실험에서는 증류수를 사용하였고 데이터 산출시 오차를 줄일 수 있었다.
벤튜리 미터를 통과하는 유체의 흐름에 마찰이 전혀 없다면 벤튜리 관을 통과해서 나가는 유체의 압력은 들어올 때의 압력과 정확하게 같으며, 벤튜리 관의 설치로 인해서 생겨나는 영구적인 압력손실은 없을 것이다. 벤튜리관의 상류에서 생긴 압력강하는 하류에서 완전히 회복될 것이다. 그러나 마찰은 완전히 제거할 수 없기 때문에 영구압력손실이 생기며 동력에도 이에 상당하는 손실이 생긴다. 벤튜리관은 작은 각도로서 차츰 벌어지기 때문에 벤튜리관에서 생겨나는 영구압력손실은 비교적 작다. 잘 설계된 벤튜리관에 대해서는 압력차의 약 90%가 회복되며 약 10%는 영구손실이 된다.
☆☆실험방법의 고찰
실험을 하는데 가장 어려운 점은 유체를 장치에 채울 때 밸브를 열면 관과 마노미터에 동시에 물이 들어가 물이 가득 차버린다. 마노미터에 찬 물은 관 전체의 물을 빼기 전까지는 다시 뺄 수 없다. 그래서 마노미터에 수위를 일정하게 유지하고 관에 유체를 흐르게 하기 위해선 관의 출구를 막은 후 입구로 들어가는 밸브를 다 열어서 압력을 높인 후 순간적으로 유체가 빨리 흐르게 하여 마노미터에 물이 차기전에 유체를 관에 흐르게 하는 방법을 이용한다. 그런데 이 방법은 여러번의 시도 끝에야 성공할 수 있고 대부분 마노미터에 물이 가득 차게 된다. 그리고 기포가 많이 생기는 단점이 있다.
전
◈◈생각의 전환
위의 방법은 하기도 힘들고 기포가 많이 생겨 실험에 오차를 더욱 크게 만든다. 따라서 일단 관과 마노미터에 물을 가득 채우고 유체가 계속 흐르게 한다. 관 사이(특히 오리피스관)에 기포가 완전히 제거되면 관의 출구에 있는 밸브를 완전히 잠그고 입구에 유체가 유입되는 호스를 물이 빠져나가도록 뽑아준다. 출구밸브가 잠겨있기 때문에 진공이 되서 물은 빠져나가지 못한다. 이 상태에서 마노미터 위에 있는 콕을 눌러주면 공기가 유입되어 마노미터에 물이 콕을 누를 때마다 마노미터 수위가 내려간다. 원하는 적당한 수위에 고정되면 유체가 유입되는 호스를 다시 연결하고 유체입구밸브를 열고 출구를 열면 유체가 흐르고 마노미터는 관의 압력을 나타낸다. 이러한 방법으로 하면 쉽게 실험을 할 수 있고 기포가 거의 생기지 않아 오차도 적다.
7. 문헌 (Reference)
(1) 유체역학 1997, 희중당
(2) 일반공학실험 1999, 일반공학실험교재연구회
(3) 유체역학 1999, 지성출판사
(4) 유체역학, (주)사이택미디어, 2002
(5) Fluid Mechanics for Chemical Engineers, PH PTR, 1999
(6) Unit Operation of Chemical Engineering, McGraw-Hill, Inc., 1993
http://blog.naver.com/gaspgogogo?Redirect=Log&logNo=10017091943

키워드

관 오리피스,   로타 미터,   정상유동,   벤튜리 미터