관로마찰 실험 결과레포트(최종)

소개글

관로마찰 실험 결과레포트(최종)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적
2. 기초이론
1)Bernoulli 방정식
2)액주계의 구조 및 계산식
-직관과 곡관의 차이점 (손실계수)
-직관 손실과 부차적 손실 이론 및 계산식
3)관 내부 유동(층류와 난류)
-Darcy-Weisbach 방정식을 활용한 층류의 마찰에 의한 수두손실
-Moody's chart를 활용한 난류의 마찰에 의한 수두손실
3. 실험방법
4. 결과 및 분석
5. 고찰

본문내용

3조
직관
41.4
36.8
31
31.8
곡관
40
38.7
32
32.9
4조
직관
41.2
29.2
16.9
18.7
곡관
41.2
38
16
16.4
5조
직관
41.8
29.3
15.5
17.8
곡관
41.3
38.2
15.4
15.8
2조+3조
직관
40.7
36.85
32
32.7
곡관
40.2
39.4
31.5
32.8
4조+5조
직관
41.5
29.25
16.2
18.25
곡관
41.25
38.1
15.7
16.1
단위 : cm
- 분석
◎직관에서의 마찰압력(2조+3조)
2번과 3번으로 를 결정한다.(이론값)
1번과 4번의 수치로 를 결정한다.
○으로 가정
여기서 위에 구한 로 Re를 구하고,
마찰계수()를 Moody선도를 통해서 찾아,
손실압력()을 구하여 비교 분석하여 본다.
Re수가 4000이상 이면 난류의 형태로 유동한다.
따라서 이번실험의 유체는 난류로 유동한다고 볼 수 있다.
Moody 차트를 이용하여 찾은 값 0.03
이론값과의 오차가 나므로 의 속도를 줄여 보기로 하자.
○로 가정
(마찬가지로 난류의 형태로 볼 수 있다.)
Moody 차트를 이용하여 찾은 값 0.032
로 하였을 때가 가장 근접하여 이론값과의 오차가 적게 나오는 것으로 볼 수 있다.
따라서 관내 유속은 0.95 m/s 로 알 수 있으며,
그리고 실험을 통해 나오는 플라스틱 직관에서 나타나는 압력손실은 0.487kPa로 알 수 있다.
◎곡관에서의 마찰압력(2조+3조)
2번과 3번으로 를 결정한다.(이론값)
일단 곡관에서의 압력손실을 구할때는 직관에서의 압력손실을 먼저 구해야한다. 직관에서의 압력을 구할 때는 위에서 직관을 구하는 방법대로 그대로 구한다.
○으로 가정
Re수가 4000이상 이면 난류의 형태로 유동한다.
따라서 직관실험과 마찬가지로 난류로 유동한다고 볼 수 있다.
Moody 차트를 이용하여 찾은 값 0.03
직관만 고려했을 때의 압력손실은 1.21kPa로 알 수 있다.
여기서 곡관(elbows)의 압력손실을 구하면,
압력손실계수의 값을 유체역학 책 p340의 표 8.2를 통해서 찾을 수 있다.
로 곡관에서만의 압력손실을 구할 수 있다.
총 압력손실은
이론값과의 차이가 많이 나기 때문에 속도를 줄여서 가정하여 풀어보자.
○
(마찬가지로 난류의 형태로 볼 수 있다.)
Moody 차트를 이용하여 찾은 값 0.04
직관만 고려했을 때의 압력손실은 0.23kPa로 알 수 있다.
곡관의 압력손실을 구하면,
로 곡관에서만의 압력손실을 구할 수 있다.
총 압력손실은 로
로 가정하였을 때 오차가 가장 적다고 할 수 있다.
따라서 관내 유속은 0.45m/s이며 실험을 통해서 나타난 곡관내 마찰압력은 0.84kPa이라고 알 수 있다.
◎직관에서의 마찰압력(4조+5조)
2번과 3번으로 를 결정한다.(이론값)
1번과 4번의 수치로 를 결정한다.
○으로 가정
여기서 위에서 구한 로 Re를 구하고 마찰계수()를 구하여
손실압력()을 구하여 비교 분석하여 본다.
Re수가 4000이상 이면 난류의 형태로 유동한다.
따라서 이번실험의 유체도 난류로 유동한다고 볼 수 있다.
Moody 차트를 이용하여 찾은 값 0.028
실제 측정 값과의 오차가 나므로 의 속도를 줄여 보기로 하자.
○로 가정
(마찬가지로 난류의 형태로 볼 수 있다.)
Moody 차트를 이용하여 찾은 값 0.025
로 하였을 때가 가장 근접하여 오차가 적게 나오는 것으로 볼 수 있다.
따라서 관내 속 유속은 1.61 m/s 로 알 수 있다.
그리고 실험을 통해 나오는 플라스틱 직관에서 나타나는 마찰압력은 1.17kPa로 알 수 있다.
◎곡관에서의 마찰압력(4조+5조)
2번과 3번으로 를 결정한다.(이론값)
1번과 4번의 수치로 를 결정한다.
○으로 가정
Re수가 4000이상 이면 난류의 형태로 유동한다.
따라서 직관실험과 마찬가지로 난류로 유동한다고 볼 수 있다.
Moody 차트를 이용하여 찾은 값 0.025
직관만 고려했을 때의 압력손실은 3.45kPa로 알 수 있다.
여기서 곡관(elbows)의 압력손실을 구하면,
압력손실계수의 값을 유체역학 책 p340의 표 8.2를 통해서 찾을 수 있다.
로 곡관에서만의 압력손실을 구할 수 있다.
총 압력손실은
이론값과의 차이가 많이 나기 때문에 속도를 줄여서 가정하여 풀어보자.
○
(마찬가지로 난류의 형태로 볼 수 있다.)
Moody 차트를 이용하여 찾은 값 0.034
직관만 고려했을 때의 압력손실은 0.61kPa로 알 수 있다.
곡관의 압력손실을 구하면,
로 곡관에서만의 압력손실을 구할 수 있다.
총 압력손실은 로
로 가정하였을 때 오차가 가장 적다고 할 수 있다.
따라서 관내 유속은 0.8m/s이며 실험을 통해서 나타난 곡관내 마찰압력은 2.53kPa이라고 알 수 있다.
- 최종 결과값
이론값(kPa)
실험값(kPa)
실험값(kPa)
관내 유속(m/s)
2조+3조
·
직관
0.48
0.84
0.49
0.95
곡관
0.77
2.31
0.61
0.45
4조+5조
·
직관
1.28
2.31
1.17
1.61
곡관
2.20
18.25
2.53
0.8
5. 고찰
이번실험은 실험과정은 쉬웠지만, 분석하는 과정에서 유체역학적으로 완전히 이해를 해야 분석을 할 수 있는 실험이었고, 실험값과 이론값의 오차가 생기는 이유는 유속의 변화가 조금이나마 있었기 때문에 실험값과 이론값의 차이가 조금씩 생기는 것이다.
2조와 3조의 실험과 4조와 5조의 실험의 차이는 관내의 유속차이를 두었던 것인데, 유속이 빠를수록 관내부의 손실압력은 증가하게 되는 것을 알게 되었으며, 직관과 곡관의 차이에도 직관에서는 주손실만 생각해주면 되는 것을 곡관에서는 주손실과 부손실도 생각해야 하기 때문에 곡관에서의 압력손실이 큼을 상식적으로 알고 있었지만 실험을 통해 확실하게 알 수 있었다.
이번실험에서 관내부의 유동을 눈으로 볼 수 있었더라면 난류의 유동이 어떤 것인지 알 수 있었을 것 같음의 아쉬움이 남고, 층류의 계산법의 사용을 하지 못했던 것이 아쉬운 점이다.
(모든 실험에서 난류발생)
그리고 이번실험에서 분석이 어려웠던 이유는 정확한 개념이 머릿속에 없었고, 예비레포트도 엉뚱한 것을 찾았기 때문에 힘든 분석이었다.

키워드

관로마찰,   베르누이,   마찰계수,   직관,   곡관