[기계공학실험] 터빈성능실험

소개글

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목차

실 험 요 약

Ⅰ. 서 론
ⅰ. 실험목적
ⅱ. 실험이론

Ⅱ. 본 론
ⅰ. 실험장치
ⅱ. 실험방법
ⅲ. 실험 시 유의사항

Ⅲ. 결 론
ⅰ. 실험결과 및 정리
ⅱ. 결론 및 고찰
ⅲ. 참고문헌

본문내용

인 한 후에 실험에 임하도록 한다.
Ⅲ. 결 론
ⅰ. 실험결과 및 정리
1. 실험관련 공식
=45°
(kw)=(HP)
(ΔP를 kg중/㎡ 으로)
l = 0.16m
W는 kg중으로 고칠 것
2. 실험 결과 및 계산과정
Measurement
전류
(A)
전압
(V)
수두차
h(mm)
압력
ΔP(kPa)
프로니 브레이크 하중
W(N)
1
2
140
80
20
2
2
3
165
87
40
3
3
4
190
92
55
4
4
5
215
97
70
5
5
6
240
102
90
7
< 표-1 실험 결과 데이터 표 >
EX> 1차 실험결과 계산과정
3. 계산 결과 값
Computation
N(rpm)
Q(m^3/min)
(HP)
P(HP)
1
186.667
0.004976
0.13526
0.0085
6.2842
2
330
0.005274
0.28673
0.0225
7.8471
3
506.667
0.006065
0.45338
0.0462
10.1901
4
716.667
0.006923
0.65866
0.0816
12.3888
5
960
0.007850
0.96025
0.1530
15.9333
4. 결과 그래프
① RPM에 따른 이론 동력, 발생 동력, 효율
< 그래프-1 RPM에 따른 이론 동력 그래프 >
< 그래프-2 RPM에 따른 발생 동력 그래프 >
< 그래프-3 RPM에 따른 효율 그래프 >
② 유량에 따른 이론 동력, 발생 동력, 효율
< 그래프-4 유량에 따른 이론 동력 그래프 >
< 그래프-5 유량에 따른 발생 동력 그래프 >
< 그래프-6 유량에 따른 효율 그래프 >
ⅱ. 결론 및 고찰
이번에 시행한 터빈 성능 실험은 프란시스 터빈(Francis turbine)에 효율과 일정 낙차로 물을 공급하면서 수량이 변할 때의 수차의 성능 변화를 시험하고 그 성능을 검토하고 시험법을 습득하는 것이 목적으로 실험은 140 ~ 240[V]의 구간을 각각 25[V] 단위씩 나누어 총 5회의 실험을 시행하였다. 이 때 실험을 시행하는 대해 있어서 최대한 기본 조건 및 주위 환경적인 요소는 동일한 상태를 유지하였다.
위의 실험 결과표 <표-1>, <표-2>, <그래프-1> ~ <그래프-6> 에 나타난 바와 같이 전체적으로 전압을 증가시키면 전류 및 압력 수두차, 프로니 브레이크 하중 모든 실험 관련 데이터들은 증가하였다. 전압이 증가하면 일정한 저항에서는 당연히 전류도 증가할 것이고, , (HP), , , 등과 같은 관련 식에 의거하여 일정하지는 않지만 전체적으로는 증가하는 결과를 나타내었다. 또한 관련 식들을 베이스로 하여 결과 데이터 표를 분석해 보면 이론 동력은 유량과 수두차의 영향에 따라 결과 값의 변화를 보였고, 발생 동력은 RPM과 프로니 브레이크 하중의 영향을 받는 것을 알 수 있었다.
우리조의 결과 데이터 및 그래프를 전체적으로 분석하면 거의 선형적이라고 할 수 있을 정도로 RPM과 유량에 증가 변화에 따라 이론 동력이 증가하였으며 발생 동력 또한 증가하였으나 4-5구간에서는 선형적인라고 말 할 수 없을 정도의 급격한 증가를 보였다.<그래프-2>, <그래프-5> 참조. 많은 원인이 있겠지만 이러한 현상을 나타나게 한 가장 큰 요소는 프로니 브레이크 하중과 압력의 급격한 상승이라고 분석된다. 각 구간마다 평균적으로 15kPa 과 1N의 변화량을 보였지만 4-5구간에서는 각각 20kPa, 2N의 변화량을 보였기 때문이다. 마지막으로 실험의 궁극적인 목적인 터빈의 성능을 의미하는 효율의 변화는 유량과 RPM이 증가할수록 계속 증가하였고, 각 구간마다 조금씩의 차이는 있었지만 평균적으로 각 구간마다 1.627% 증가를 나타내었다.
지금까지 터빈 성능 실험에 대한 결과 데이터를 가지고 주어진 조건에 따라 다른 결과에 대한 분석과 비교를 해보고 원리를 이해하였다. 하지만 이론적인 데이터와 실제 실험을 한 후 얻은 결과 데이터는 약간의 차이를 보였는데 그 이유를 지금부터 생각해 보겠다.
첫 번째 오차 발생 원인으로 실험을 진행하는 주위 환경요소를 생각할 수 있다. 이번 열전도계수 실험의 가장 이상적인 실험 환경 중에 하나는 외부에서 유체 에너지를 얻는 환경이었지만 공간상의 문제와 결부되었기 때문에 어쩔 수 없이 터빈을 구동시켜서 에너지를 발생하여야 했다. 실험기구인 터빈이 구동 되었을 때 어느 정도의 진동 및 움직임이 발생되었고 이러한 요소들은 물의 유동에 간섭을 하였을 것이다. 또한 오른쪽의 사진에 보이는 바와 같이 실험기구가 지면과 고정되어있는 것이 아 < 사진-1 오차 발생 원인 사진 >니라 바퀴로 지면과 닿아 있어서 원하지 않는 움직임이 더 발생하여 오차를 발생시켰을 것이다.
두 번째 오차 발생요인으로 실험 결과 데이터를 계측하는 과정에서의 오차 발생을 생각할 수 있겠다.
< 사진-2 오차 발생 원인 사진 >
위의 사진에 보이는 바와 같이 데이터를 계측할 시 최종적으로 사용한 것은 사람의 눈과 판단 능력이었다. 실험 장치는 아날로그화 된 장치였기 때문에 전압과 전류, 수두차, 압력 등 모든 실험 관련 요소들을 눈으로 측정하여야 했다. 물론, 최대한 정확하게 측정하려고 노력했지만 사람이다 보니 100% 정확하다고는 할 수 없을 것이고 이 과정에서 이상적인 실험과 차이를 나타내었다고 생각한다.
마지막 오차 발생 원인으로 실험에 사용한 유체인 물의 용량을 일정하게 유지 시키지 못한 부분이다. 아래의 사진과 같이 전압을 증가시켜 터빈의 RPM을 높일수록 물의 유량을 증가시켰는데 이 과정에서 물이 유동하는 관 안에 기포가 발생하였다. 또한 유량의 증가로 인해 수조에 유입되는 물이 양이 급격히 증가하여 외부로 물이 넘쳐나는 상황이 연출되기도 하였다. 외부로 물이 유출되거나 100% 물만이 유동되어야 하는 관 안에 기포가 생기는 상황은 실험결과 및 데이터에 오차를 발생시킬 수 있는 충분한 요소가 될 수 있다고 생각한다.
< 사진-3 오차 발생 원인 사진 >
ⅲ. 참고문헌
① 유체역학, Robert W. Fox 외 1명 , 사이텍미디어, pp 385
② 열전달과 응용, KIRK D. HAGEN, 동명사, pp 206
③ 열전달, Frank Kreith 외 1명, 사이텍미디어

키워드

기계,   기계공학실험,   터빈,   터빈성능,   터빈성능실험,   터빈성능 측정