유체역학 실험보고서 레이놀즈수 측정실험

소개글

유체역학 실험보고서 레이놀즈수 측정실험에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

해하고, 층류와 난류의 개념 을 숙지하며, 임계레이놀즈수의 계산함
2. 실험 관련 이론
층류: 유체의 흐름 속도가 느리고 질서정연한 흐름
관성력에 비해 점성력이 지배하는 흐름
난류: 급격히 흐르고 무질서한 흐름
점성력에 비해 관성력이 지배하는 흐름
천이: 난류에서 층류로, 층류에서 난류로 변해가는 영역
층류------>천이------->난류
난류------>천이------->층류
레이놀즈수 (Re) = =
v: 유체의 평균속도
d: 관의 내경
: 동점성계수() -단위:㎡/s-
μ: 점성계수
유량 (Q) = AV A: 관면적->
V = 이고, 이식을 레이놀즈수의 식과 연관시키면,
(Re) = =
3. 실험 장치 및 방법
3.1 실험 장치
3.2 실험 방법
가. Reynolds수 측정 장치에서 H를 잠그고 F를 열어 저수탱크 B에 적당한 높이로 물을 채움
나. H를 약간 열어 유리관 D에 물이 흐르게 함.
다. 염료를 밸브 G를 조정하여 가는 선이 되도록 주입함.
　 　　
　
라. 상임계 레이놀즈수의 측정 (층류→난류)
1) 염료선을 관찰하면서 유리관내에 유동이 층류가 되도록 H를 잠금.
2) H를 서서히 열어 파이프내의 물의 유속을 증가시킴.
이때 H를 조정할 때마다 안정상태를 유지시킴.
　　
3) 층류에서 난류로 넘어가는 상태가 되면 H를 고정시키고 mass
cylinder 및 stop watch로 유량을 정확히 측정함.
4) 위의 절차를 5회 이상 반복하면서 결과를 측정
실험 시 실험장치 주위의 충격, 진동을 방지
　
바. 하임계 레이놀즈수의 측정 (난류→층류)
난류상태가 되도록 H를 많이 열어 놓고 위 실험의 역과정을 수행함.
4. 실험 결과 및 토의
*관의 직경(d) : 30mm
18.75℃에서
물의
1.3× ㎏/㎳
물의
1000 kg/m³
표1-1 상임계 레이놀즈수 측정표
상임계 레이놀즈수 측정 ( 층류 난류 )
관의 직경 (D)
물의 무게 ()
시 간 (t)
유 량 (Q)
Re
1회
0.03mm
1
35.44초
0.0282
921.20
2회
0.03mm
1
36.49초
0.0274
894.69
3회
0.03mm
1
36.30초
0.0275
899.37
4회
0.03mm
1
36.11초
0.0277
904.10
5회
0.03mm
1
37.20초
0.0269
877.61
1회 : Q=1/35.44초=0.0282
v = 0.0282/｛π/4*(0.03)²｝= 39.92
Re = 4*0.0282*1/(π*0.03*1.3 *) = 921.20
2회 : Q=1/36.49초=0.0274
v = 0.0274/｛π/4*(0.03)²｝= 38.77
Re = 4*0.0274*1/(π*0.03*1.3 *) = 894.69
3회 : Q=1/36.30=0.0275
v = 0.0275/｛π/4*(0.03)²｝= 38.97
Re = 4*0.0275*1/(π*0.03*1.3 *) = 899.37
4회 : Q=1/36.11=0.0277
v = 0.0277/｛π/4*(0.03)²｝= 39.18
Re = 4*0.0277*1/(π*0.03*1.3 *) = 904.10
5회 : Q=1/37.20=0.0269
v = 0.0269/｛π/4*(0.03)²｝= 38.03
Re = 4*0.0269*1/(π*0.03*1.3 *) = 877.61
표1-1 하임계 레이놀즈수 측정표
하임계 레이놀즈수 측정 ( 난류 층류 )
관의 직경 (D)
물의 무게 ()
시 간 (t)
유 량 (Q)
Re
1회
0.03mm
1
67.42초
0.0148
484.24
2회
0.03mm
1
64.06초
0.0156
509.63
3회
0.03mm
1
69.54초
0.0144
469.47
4회
0.03mm
1
72.10초
0.0139
452.80
5회
0.03mm
1
65.43초
0.0153
498.96
1회 : Q=1/67.42초=0.0148
v = 0.0148/｛π/4*(0.03)²｝= 20.98
Re = 4*0.0148*1/(π*0.03*1.3 *) = 484.24
2회 : Q=1/64.06초=0.0156
v = 0.0156/｛π/4*(0.03)²｝= 22.08
Re = 4*0.0156*1/(π*0.03*1.3 *) = 509.63
3회 : Q=1/69.54=0.0144
v = 0.0144/｛π/4*(0.03)²｝= 20.34
Re = 4*0.0144*1/(π*0.03*1.3 *) = 469.47
4회 : Q=1/72.10=0.0139
v = 0.0139/｛π/4*(0.03)²｝= 19.62
Re = 4*0.0139*1/(π*0.03*1.3 *) = 452.80
5회 : Q=1/65.43=0.0153
v = 0.0153/｛π/4*(0.03)²｝= 21.62
Re = 4*0.0153*1/(π*0.03*1.3 *) = 498.96
그림 2-2 측정횟수에 대한 하임계 레이놀즈수 측정값
*토론
우선 실험이 쉽지 않았다. 잉크를 조절하는 밸브와 물을 배출시키는 밸브를 세밀하 게 조작하는 일이 어려웠고, 이 층류에서 천이를 거쳐서 난류로 가는 과정과 난류에 서 천이를 거쳐 층류로 가는 과정에 대하여 정확하게 어디서 어디까지가 층류이고, 천이이고, 난류인지를 육안으로 결정짓기가 힘들었다. 그리고 유량을 측정하는 것에 도 시간측정을 수작업으로 행하여서 정확한 값이라고 보이기에는 무리가 있고, 실험 을 행하는 유리관의 내경치수도 주어지지 않아서 정확하게 측정하지 못하였다. 그리 고 실험장치의 위치가 정확하게 평행한 곳에 있다고 보기엔 무리가 있었다. 마지막으 로 실험실을 여러 사람이 함께 사용하다보니 진동에 영향을 무시할 수 없었다. 이로 인해 오차가 발생하였다. 이번실험은 유체의 움직임으로 층류유동과 천이유동과 난류 유동에 대하여 책에서 보던 것을 실제로 눈으로 확인하고, 책의 내용을 다시 복습해 볼 수 있는 실험이었다.
*참고 문헌
이종춘 외 공역, 유체역학 제 4판
유체역학연습, 원화, 1995
유체역학, Bruce R.Munson 外
Instroduction to Fluid Mechanics, Robert W.Fox , Alan T.McDonald
JOHN WILLY AND SONS. INC

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유체,   실험,   레이놀즈수,   레이놀즈,   측정