유체 실험 관로 마찰

본문내용

가 상당히 노후하여 마노미터의 정확한 수치를 찾아내기 어려웠고 측정 장비가 정확하지 않아서 그런지 3번 실험 측정값의 오차가 상당히 크게 나왔다. 이는 실험장비의 파이프 내부가 깨끗하여 관로 마찰 이외의 변수는 없어야 하는데 장비가 오래되어 관내 이물질이 많아 정확한 값이 나오지 않았고 실험장비에서 누수가 발생하여 정확한 측정이 어려웠다고 판단된다. 그리고 마노미터가 정확하지 않은지 구간 측정 후 다시 압력이 내려와야 하는데 그 자리에 머물러 있었고 그로 인해 다음 구간 측정 시 정확한 값이 나오지 않은 것 같다. 이번실험을 통하여 유체역학에서 배운 관내 내부유동에 대해 다시 한 번 더 생각해보고 공부할 수 있는 기회가 되었고 실제로 그러한 현상을 관찰 할 수 있는 좋은 기회가 된 것 같다.
20041166 박대형
이번 실험에서는 파이프 형상과 그에 부착된 부속요소의 압력강하를 측정하고 각각의 유량을 구해 Re수와 수두 손실을 구하여 파이프 유동에서의 층류와 난류를 알아보고 파이프 형상에 따른 수두 손실의 Major loss와 minor loss를 구하는 실험이었습니다.
유체역학시간에 원형관내에 유동에 대해서 이론과 문제로 많이 접하여 보았지만 다른 부속요소나 난류상태에서 해석은 관로 마찰 실험으로 처음 접하여 매우 흥미로웠습니다. 우리가 측정한 관은 major관 1개(17-18)와 mirnoa관 2개(18-19,29-30)였습니다. 3번에 걸친 실험을 하였지만 실험에서의 압력강화 차이는 전부 각각 다른 오차를 보였습니다. 이와 같은 원인을 생각 해보면 일단 정상상태에 들어가지 않고 측정했을 가능성이 있고 장비의 노후와 지속적인 누수로 인하여 여러 곳에서 압력이 변화하여 순간적으로 낮아진 곳에서는 유체의 와나 Re수의 영향이 적은 난류가 발생 될 가능성도 있어 보였습니다. 또한 유체의 흐름이 일정치 하지 못하여 이론적 수치와는 다른 결과가 나오게 되었습니다. 이번실험에서 예비 레포트를 통해 관내의 흐름의 종류와 레이놀즈수, 각종 경험식, 그로인한 수두 손실 알고 실제 실험과 비교 해볼 수 있는 좋은 기회였습니다. 유체 역학에서 정밀도를 요하는 것이 얼마나 어려운지도 다시금 느낄 수 있었으며 moody chat의 위대함에 다시 한 번 놀라움을 금치 못하였습니다. 또한 관로 마찰을 고려하여 급수라인, 각종 발전소 내의 증기라인과 같은 분야에서 설계시 본 실험을 통해 얻은 여러 지식을 사용하여 최적의 재료를 만들 수 있다는 자신감도 생겼습니다.
20041161 문영훈
유체가 파이프 내부 유동을 할 때 점성력으로 인하여 손실이 발생한다. 이를 Major loss라 하고 파이프 길이에 의존적이다. 유체가 파이프 내에서 충분히 진행하여 velocity profile이 완전히 발달된 형태일 때 이를 fully developed flow 라 하고 이 지점 이 후 부터는 velocity profile은 일정하게 유지된다. 또 다른 손실의 한 형태가 있는데 바로 Minor loss이다. 유체가 곡관부, 벤드, 엘보우 , 게이트 연결부, 밸브, 급 확대관 등 을 지나게 될 때 유동박리에 의해 추가적인 수두 손실 값이 생긴다. 본 관로 마찰 실험은 마노미터로 압력차를 측정해 Major loss와 Minor loss로 인한 수두 손실을 직접 구하고 실험값과 이론값을 비교해 보는데 목적이 있었다. 이론값을 구할 때 특별히 신경 써야 할 부분이 있었다. 직관에서의 즉, Major loss에서 수두 손실 이론값을 구하는데 있어서 먼저 레이놀즈 수를 구하여 유동이 층류인지 난류 인지 결정 후 층류일 경우 다음 식을 이용하여 수두손실을 구한다.
난류일 경우 Colebrook의 식 또는 Blasius 경험식 이용하여 먼저 f값을 구하고 식을 이용해 수두손실을 구한다. 우리 조가 실험한 결과는 난류에 해당되어 후자의 식을 사용하였다.
결과 값을 비교해 보면 직관과 Elbow 에서는 실험값이 더 작았고, Gate Valve에서는 실험값이 더 크게 나왔다. 차이의 원인을 추측해보면 먼저 마노미터 값을 읽는데 오차가 발생하였고 또 마노미터가 제대로 작동 하였는지 조금 의심스럽다. 유독 Gate Valve만 실험값이 더 큰 이유는 Valve가 조금 덜 열려 더 많은 손실을 야기한 것으로 생각된다.
20031134 송용성
우리는 이번 실험을 통해서 수로에서 유체가 흘러갈 때, 생기는 수두손실을 계산해봄으로써, 우리가 향후에 효과적으로 유체관을 설계하고자 할 때, 그에 해가 될 수 있는 손실에 대한 고찰을 해볼 수가 있었다. 사실, 손실에서 다뤄본 것은 2학년 때 배운 유체역학 과목보다는 4학년 때 배운 유체기계과목에서 다시 다뤄봤던 것이 확실하게 기억에 남는데, 당시 배웠던 손실개념과 베르누이방정식, 레이놀즈 넘버에 대한 실험적 접근을 할 수 있던 기회였던 것 같다.
우리의 결과값을 보면 이론적 수치와는 큰 차이를 보임을 알 수 있다. 여기서 다양한 요소들이 오류로 작용했음을 예상할 수 있는데, 첫째로 마노미터의 상태가 그리 좋지 않았던 것을 들 수 있겠다. 내가 직접마노미터를 측정한 것은 아니지만, 마노미터를 봤을 때, 육안으로 mm단위의 차이를 정확하게 측정하는 것은 불가능해 보였다. 아마도 그 측정에 있어서도 오차가 발생하였으리라 생각한다. 두 번째로, 전체적으로 물이 새면서 수두손실 값이 더 크게 나왔으리라 생각한다. 이는 상대적으로 뒤쪽에서 측정되었던 gate손실값이 이론값보다 약 4배정도 더 크게 나왔음에서 유추 할 수 있겠다. 또한 이뿐만 아니라, 이론적인 손실값의 접근에서는 관내부의 표면에서의 마찰력은 이상적인 관점에서 0접근 하였지만, 우리의 실험값은 이보다 훨씬 컸기 때문에 더 큰 수두 손실이 생겼으리라 생각한다. 또한 관내에 작은 이물질들이 있었다면, 이는 곧 유동에 있어서 방해요소가 되므로 더 큰 수두 손실을 일으켰으리라 생각한다.
6. 참고문헌
- Google, wikipedia
- Yahoo, Korea 백과사전
- Fluid Mechanics, 5th Edition (Frank M.White)
- Mechanics of Fluid (M.C.Potter & D.C.Wiggert)

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관로,   유체,   마찰