유체역학 실험 - 유동가시화, 베느루이방정식, 파이프 마찰 실험 - 실험목적 및 이론, 결과

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본문내용

따른 속도비의 변화 (throat부분의 속도와의 속도비)덕트의 단면에 따라 목부분의 속도에 대한 속도비는 위 그래프와 같이 목부분에서 최대값을 갖는다.
덕트의 단면 변화에 따른 속도의 변화덕트의 단면이 감소하는 목부분에서 유동속도가 증가하며, 목부분 이후 단면이 증가하면서 유동속도가 감소한다.
덕트의 단면 변화에 따른 정압의 변화정압은 덕트의 단면이 좁아지면서 감소하며, throat 이후 단면이 증가하면서 다시 증가한다.
마치며 유체의 정압은 유체가 흐르는 단면적에 영향을 받으며, 단면이 좁아질수록 속도는 증가하고, 정압은 감소하는 결과를 알 수 있었다. 반대로 단면이 넓어지면 유체의 속도는 느려지고 정압은 높아지는 것을 관찰 할 수 있었다. 유체역학에서 널리 쓰인다는 베르누이방정식이었지만, 교재 안 문제풀이 안에서만 존재하던 이론을 실제 실험을 통해, 그래프로써 도출해보니 그 의미를 좀 더 분명하게 느낄 수 있는 실험이었다.
파이프 마찰 실험
실험목적파이프내에 유체가 흐를 때, 실제의 과정에서 모든 유체는 점성을 가지고 있고, 이 때문에 관내에 마찰하여 손실이 발생하며, 이는 압력강하로 나타난다. 이 실험에서는 파이트 마찰 실험 장치를 통해 각 단면의 유체 유동 부위의 각각의 압력차를 측정함으로써 유동 상태 방정식을 이용하여 파이트 단면의 유체 유동의 특징을 살펴보도록 한다.
실험과정
장치로 유입되는 유입부의 밸브를 모두 개방하여 각 관으로 유량이 흐를 수 있게 한다.
유량을 측정하여 속도를 구하기 위해 피토관을 이용하여 압력차이를 구한다.
값을 얻기 위한 직관의 밸브만 개방하고 다른 유입부의 밸브는 닫는다.
압력차 측정을 위해 밸브 압력튜브를 마노미터 터미널과 아크릴 관에 연결하여 압력차를 측정한다.이번 실험에서는 여건 상, 유량을 측정하기 위해 필요한 피토관과 10mm, 13mm, 15mm, 20mm 직관에 대하여 실험하였다.
실험결과
Data sheet직경(m)
단면적A(m^2)
수두손실h(m)
압력손실p(N/m^2)
0.0300(피토관)
0.00071
0.0870
853.47
0.0100
0.00008
0.5260
5160.06
0.0130
0.00013
0.2500
2452.50
0.0150
0.00018
0.1040
1020.24
0.0200
0.00031
0.0340
333.54
수두손실h(m)는 측정값압력손실은 측정된 수두손실로부터 여기서 피토관의 속도는 = 1.31m/s유량은 모든 관내에서 일정하다고 가정하였으므로 Q = AV = 피토관의 단면적 * 피토관의 속도 = 유량은 0.00092m3/s다른 직관의 유량 역시 피토관과 같다고 가정하여 0.00092m3/s의 데이터를 사용한다.
계산값직경(m)
직관에서의유속v
레이놀드수Re
마찰계수f
0.0100
11.76
1.1*10^6
0.0004976
0.0130
6.96
8.9*10^5
0.0008781
0.0150
5.23
7.7*10^5
0.0007471
0.0200
2.94
5.8*10^5
0.0010293
직관에서의 유속은 피토관으로부터 구해진 유량을 이용하여 각 직관의 직경을 대입하여 구한다. 레이놀드수(RE)는 과 같이 구하며, 는 20℃ 물의 점성계수로 1.022^(-4)를 사용한다.마찰계수는 로부터 구한다. (물의 밀도 1000kg/m³)
Moody선도상의 데이터
마치며유체의 직경이 작을수록, 유체의 속도는 빨라지고, 마찰에 의한 손실은 커진다. 이 실험을 통해 관내의 직경에 따른 마찰손실과 레이놀드수의 의미를 알 수 있었으며, 여러 가지 측정된 데이터를 통해 여러 가지 유체 유동의 특징들을 이해할 수 있는 좋은 기회가 되었다.

키워드

1. 유동가시화 실험,   베느루이방정식,   파이프 마찰 실험