유체 점도측정 실험보고서

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유체 점도측정 실험보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.서론
　- 점도란?(의미)
　- 점도측정의 이유
　- 유체시스템의 예(왜 점도측정이 필요한지?)

2. 본론
　- 점도란?(수식)
　- Dynamic viscosity, Kinematic viscosity 설명
　- 뉴턴, 비뉴턴 유체의 분류
　- brook field viscometer 원리 및 간단한 소개

3. 결론
　- 실제 점도와 비교
1) 제원(KF　-96　-5000CS)
2) 실험데이터 및 비교 그래프
　- 실제 점도와 점도계에서 얻는 점도의 차이 설명
　- Sipindle 위치 변경에 따른 점도계에서의 점도 변화 이유

본문내용

다르게 나타날 수 있다.
⑥ 실험기기내의 오차
- The DV-I PRIME is accurate to (+/-) 1% of any full scale spindle/speed viscosity range.
- Brookfield Viscosity Standards Fluids are accurate to (+/-) 1% of their stated value.
Full Scale Viscosity Range [cP] = TK * SMC * 10,000 / RPM
TK
SMC
62 spindle
0.09373
32
64 spindle
640
Brookfield Viscosity Standards Fluid = 12257cP
spindle
rpm
full scale
viscosity range
full scale
error
Viscosity Standards Fluid
error
Error(±cP)
64
1
599872.00
5998.72
122.57
6121
2.5
239948.80
2399.49
122.57
2522
5
119974.40
1199.74
122.57
1322
10
59987.20
599.87
122.57
722
20
29993.60
299.94
122.57
423
50
11997.44
119.97
122.57
243
100
5998.72
59.99
122.57
183
62
1
29993.60
299.94
122.57
423
2
14996.80
149.97
122.57
273
2.5
11997.44
119.97
122.57
243
4
7498.40
74.98
122.57
198
5
5998.72
59.99
122.57
183
10
2999.36
29.99
122.57
153
Sipindle 위치 변경에 따른 점도계에서의 점도 변화 이유
① 전단변형률의 변화
SPINDLE의 위치가 중앙에 있을 경우 아래의 좌측 그림과 같이 속도분포의 간격이 고르게 변한다. 따라서 전단변형률()은 SPINDLE의 어느 지점이나 동일하기 때문에 이때 유체에 발생하는 torque값도 일정하게 된다. 따라서 점도측정값의 오차는 줄게 된다.
하지만 SPINDLE의 위치가 벽쪽에 있을 경우 우측 그림과 같이 속도분포의 간격이 한쪽으로 치우치게 되어 SPINDLE의 주변의 전단변형률은 위치마다 다르게 되어 유체에 발생하는 torque도 변하게 되고 이에 따른 점도측정값도 변하게 된다.
② 수치적인 해석
실험을 첫 번째는 비커의 중심에서, 두 번째는 비커의 가장자리에서 하였다. 그때 동일한 각속도에서 나타나는 토크가 다르게 나타나는 현상을 수식으로 전개한 이론값과 실제가 얼마나 동일한지 비교해 보겠다.
우선 스핀들의 특성에 각각 수식에서 사용할 문자로 대체하겠다.
전단응력을 나타내는 식은 인데 비커의 표면은 no-slip-condition에 의하여 속도가 zero이고, 스핀들의 표면은 속도가 이다.
1. 스핀들이 비커의 중심에 놓여있는 경우
로 스핀들을 따라서 일정하므로 스핀들에 가해지는 전단에 의한 토크는
이 된다.
2. 스핀들의 중심이 비커의 중심부터 k만큼 떨어져 있는 경우
스핀들의 표면에 접선방향에 수직한 선이 비커의 표면과 만나는 점과 스핀들사이의 거리를 d라고 하면 비커의 표면에서의 속도는 no-slip-condition에 의하여 0이 되고, 역시 스핀들 표면에서의 선속도는 이다. 이때 d는 이므로
그러므로
전단응력을 이용해 표면에서의 총 토크를 구하기위해서는 적분을 원 둘레에 거쳐서 해야하므로 좌표로 환산해서 표현하면 표면에 흐르는 토크는 아래와 같이 구할 수 있다.
이 경우 적분이 일반 부정적분형태로 빠져나오기 힘들어 보이므로 R과 r그리고 k값을 대입한 후 수치 해석적으로 적분을 해보았다.
초기 62스핀들의 경우 비커의 표면에서 약 5mm정도 띄워서 측정하였고, 64스핀들의 경우 비커의 표면에 가깝도록 설정했지만 가이드 커버로 인해 15mm정도 띄워서 측정되었다.
수치
62스핀들
64스핀들
R
41.5mm
41.5mm
r
9.36mm
1.6mm
k
27.14mm
24.9mm
적분 구간은 그래프 하단의 면적이므로 구간을 미소 면적으로 나누어 각각의 넓이를 더한결과 62스핀들의 적분값은 0.289901, 64스핀들의 경우 0.178517 이 나왔다.
이 적분값에 해당하는 것은 중심에서의 값에 상응하는 것이다.
62스핀들
64스핀들
0.289901
0.178517
0.195494
0.157473
비율
1.483배
1.134배
결론적으로 이론값에 의하면 스핀들이 비커의 중심에서 k만큼 떨어졌을 때 발생하는 토크는 동일한 각속도에서의 중심에서의 스핀들에서의 토크보다도, 62스핀들의 경우 1.483배, 64스핀들의 경우 1.134배 크다는 것이다. 이것을 실제 측정값과 비교하면
62 Spindle
측정값
이론
스핀들위치
중심
중심에서
k만큼 떨어진
rpm
dial reading % Torque
dial reading % Torque
비율
이론
비율
오차(%)
1
19.1
27
1.41
1.483
4.68
2
38.4
53
1.38
1.483
6.93
2.5
48
67
1.40
1.483
5.88
4
76.9
-
-
-
-
5
96.1
-
-
-
-
64 Spindle
측정값
이론
스핀들위치
중심
중심에서
k만큼 떨어진
rpm
dial reading % Torque
dial reading % Torque
비율
이론
비율
오차(%)
1
1.0
1.1
1.10
1.134
3.00
2.5
2.5
2.6
1.04
1.134
8.29
5
5.1
5.2
1.02
1.134
10.09
10
10.1
10.2
1.01
1.134
10.94
20
20.1
20.4
1.01
1.134
10.50
50
50.2
51.0
1.01
1.134
10.41
이것으로 이론적으로도 스핀들의 전단응력을 측정할 때 어느 중심에서 떨어졌을 경우에도 발생하는 토크를 예상할 수 있다는 결론이 나왔다. 만약 스핀들이 정 중앙에 있지 못하는 상황에서 이 공식을 이용하여 발생하는 토크를 예상할 수 있을 것이다.

키워드

점도측정,   항공대,   기초공학실험,   점도,   유체 점도측정,   실험,   유체시스템