(결과) 유체유동 실험

소개글

(결과) 유체유동 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험제목
2. 실험날짜
3. 실험방법
4. 실험 결과
1) 레이놀드 수 측정
2) 손실두 측정
5. 고찰
6. 숙제
(1)U자 마노미터와 경사마노미터의 차이와 경사마노미터를 쓰는 이유
(2)벤추리미터, 직관, 플랜지, 오리피스가 쓰여지는 곳과 장단점
(3)중요용어 풀네임(full name)

본문내용

마찰에 의해서 보통의 흐름이 방해를 받을 때 혹은 층계에 분리가 생겼을 때 form friction등에 의한 손실이 얼마나 되는지를 알아보기 위한 실험이었다. 손실두를 구하기 위해서는 위에서 기술한 바와 같이 여러 가지 값이 필요한데, 실험 조건을 조절하여 물의 속도와 이음관 사이의 압력차만으로 손실두를 구할 수 있었다. 압력차는 마노미터를 이용하여 구하였고, 속도는 첫 번째 실험처럼 질량유량을 이용하여 구할 수 있었다. 실험시 유의할 점은 실험하기전에 물을 틀어 놓아서 관내에 공기를 모두 뺀 후에 실험을 해야 한다는 것이다. 그렇지 않으면 압력차와 질량유량을 구하는데 오차가 발생할 수 있다.
손실두는 압력차와 속도에 의해서 그 결과값이 나오게 된다.
오차의 원인을 분석해보면
첫째로 실제유속과 이론 유속을 비교해 보면 차이가 발생한다. 이 차이가 손실두를 측정하는데 하나의 오차로 작용하게 되었다. 그 원인은 질량유량 측정시 조금의 오차가 발생하였다는 점이다. 그리고 관벽 내의 마찰을 정확히 알 수 없었다는 것도 오차의 원인이 된다.
둘째로 압력차이를 구함에 있어서 오차가 생길 수 있었다. 마노미터를 이용하여 압력차를 구할 때 마노미터에 붙어있는 자로 높이 차이를 구하였다. 마노미터 안에 공기가 들어있었는데 이 공기가 압력차를 나타내는데 작용을 했기 때문에 유체만의 압력차를 구하지 못하였다.
6. 숙제
(1)U자 마노미터와 경사마노미터의 차이와 경사마노미터를 쓰는 이유
⇒마노미터중에 U자관 마노미터가 가장 단순한 형태이다. U자관에서 빗금을 그은 부분에는 밀도가 ρA인 유체 A가 들어있고, 그 위의 두 팔에는 밀도가 이보다 작아서 ρB가 들어있다고 하자. 두 유체는 서로 섞이지 않는다.
U자관의 두 팔에 각각 압력 pa와 pb가 미칠 때, 압력차(pa-pb)가 있으면, 두 팔에서 액면의 차이가 생길 것이므로, 이 차이의 수직 거리 Rm으로부터 압력차를 구할 수 있다.
그림 1. U자관 마노미터 그림 2. 경사형 마노미터
그림 1.에서 점 1의 압력이 pa이므로, 점 2의 압력은 pa+g(Zm+Rm)ρB가 된다. 한편 점 3의 압력은 이다. 유체정역학의 원리에 따르면, 점 2의 압략과 점 3의 압력은 같다.
-----①
이 식을 정리하면
-----②
압력차가 작을 때는 그림 2.과 같은 경사형 마노미터를 사용하면 편리하다. 마노미터의 한 팔을 기울이면 Rm이 작아도 액면차의 길이가 R1으로 커진다, 경사각이 α이면, 가 되므로, 압력차가 작아도 읽음이 커진다.
(2)벤추리미터, 직관, 플랜지, 오리피스가 쓰여지는 곳과 장단점
⇒벤추리 미터
사용용도 : 상류 원뿔에서는 유속이 증가하면서 압력이 감소하는데, 이 압력강하를 유량측정에 이용한다. 벤츄리 미터로 기체의 유량도 측정할 수 있지만, 대개는 물을 비롯한 액체 유량 측정에 쓰인다.
장점 : 벤츄리 미터는 압력 회복율이 크므로 다른 유량계에 비해 동력 소비량이 적다. 배출 원뿔에서는 유속이 감소하면서 원래의 압력이 거의 회복된다. 배출부는 각도를 5도~10도 정도로 적게 하여 경계층 분리를 막고 마찰을 줄인다. 수축 단면에서는 경계층이 분리되지 않으므로 하류 원뿔에 비해 상류원뿔은 아주 짧아도 된다. 일반적으로 상류 원뿔에서 손실되는 압력은 90%가 회복된다.
단점 : 벤츄리 미터는 일반 공장에서 사용하기에는 몇 가지 결점이 있다. 가격이 비싸고 상당한 공간을 차지하며 목 지름/관 지름의 비를 바꿀 수가 없다. 미터와 마노미터 장치가 정해지면 측정 가능한 최대 유량도 고정되므로 유량 범위가 변하면, 목 지름이 너무 커서 정확한 측정치를 얻을 수 없을 수도 있고, 목 지름이 너무 작아서 최대 유량을 수용할 수 없을 수도 있다. 이러한 경우 오리피스 미터로 대체할 수 있지만, 동력 소비량이 크다.
⇒오리피스
용도 : 오리피스 미터는 유량측정장치 중 가장 간단한 장치이다.
장점 : 오리피스 유량계는 제작이 용이하고 값이 싸며 정확도가 크기 때문에 많이 이용된다.
단점 : 벤츄리 계수에 비해 오리피스 계수는 값이 작고 변동이 심하다. 따라서 오리피스 미터를 정량적으로 다루려면 검량하여 보정해야 한다.
오리피스를 통과할 때 속도두로 변화된 정압두의 상당부분이 회복되지 않고 손실되어 유체수송을 위한 소요동력이 증가하는 결점이 있다. 오리피스 지름과 관 지름의 비가 크면 이 손실이 적어지나 정확도가 떨어져서 관로 중의 오리피스를 붙이는 곳만 전후에 직경이 큰 관을 사용하여 오리피스를 통과할 때 유속을 적게 함으로써 오리피스 지름과 관지름의 비를 감소시킨다.
⇒직관
용도 : 벽이 두껍고 지름이 비교적 크며 길이가 20~40ft 정도로 보통인 관으로서 튜빙과 구별되며 유체의 수송에 쓰인다.
장점 : 금속직관에는 나삿니를 낼 수 있으며 벽은 다소 거칠다. 직관은 나사이음쇠나 플랜지 이음쇠를 사용하거나 용접하여 서로 연결이 가능하다.
단점 : 온도 변화를 받아 관이 팽창하거나 수축하는 단점이 있다.
⇒플랜지
용도 : 플렌지는 금속판 또는 금속 고리를 볼트(bolt)로 서로 맞추고, 그 면 사이에 가스킷(gasket)을 끼우는 것이다. 플렌지 자체는 나사, 용접 또는 땜에 의하여 파이프에 붙인다. 구멍이 없는 플랜지로서 파이프를 막는 데 사용하는 것을 블라인드 플렌지(blind flange, blank flange)라 한다.
장점 : 유리, 탄소, 주철처럼 깨지기 쉬운 재질로 만든 파이프는 플렌지나 끼워 넣기 연결구(bell-and-spigot joint)로 잇는다.
단점 : 용접 또는 땜에 의해 연결된 플랜지는 관의 분리시 관을 깨야하는 단점이 있다.
(3)중요용어 풀네임(full name)
레이놀드 수 :　Reynolds number
층류 : laminar flow
전이영역 : transition region
난류 : turbulent flow
뉴튼 유체 : newtonian fluid
압축성유체 : compressible fluid
베르누이 방정식 : Bernoulli equation
벤추리 미터 : venturi meter
오리피스 미터 : orifice meter
마노미터 : manometer
손실두 : head loss

키워드

유체유동결과,   유체유동 실험,   유체유동,   경사마노미터,   레이놀드 수 측정,   손실두 측정