[유체공학 실험] 레이놀즈 측정실험 : 유속을 조절하여 관로내의 유체유동이 층류, 천이 및 난류를 관찰하고, 수온, 유량, 유속을 측정하여 레이놀즈수 계산하고, 흐름의 상태와 레이놀즈수 비교 분석

소개글

[유체공학 실험] 레이놀즈 측정실험 : 유속을 조절하여 관로내의 유체유동이 층류, 천이 및 난류를 관찰하고, 수온, 유량, 유속을 측정하여 레이놀즈수 계산하고, 흐름의 상태와 레이놀즈수 비교 분석에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적
2. 관계이론
3. 실험준비
4. 실험장치
5. 실험방법
6. 실험결과
7. 실험결과 분석
8. 후기
9. 참고자료

본문내용

후 유량을 구한다. 이때 물의 온도를 측정하여 물의 동점성계수를 표에서 찾는다.
6) 3~5과정을 적은유량부터 시작하여 조금씩 유량을 증가시키며 천이영역 및 상임계 레이놀즈수를 찾는다. 실험을 반복적으로 하여 정확한 값을 구하도록 한다. 각 구간마다 사진을 찍어 유동상태를 기록한다.
7) 3~5과정을 이번엔 많은 유량 즉 난류로부터 시작하여 유량을 감소시키며 천이영역 및 하임계 레이놀즈수를 찾는다. 각 구간마다 사진을 찍어 유동상태를 기록한다.
8) 실험이 종료된 후 배수밸브를 열어 물을 빼내고, 색소액통에 맑은 물을 넣어 색소관을 깨끗이 청소하여 막히지 않도록 한다.
9) 수치를 계산하여 당시 유동사진과 비교하여 결론을 도출한다.
6. 실험결과
[식6-1]
[식6-2]
[식6-3]
[식6-2]을 [식6-3]에 대입하여 평균속도 를 구한다. 물의 온도 측정 후 [표6-1]을 참고하여 동 점성계수()와 밀도()를 찾아 [식6-1]에 대입하여 레이놀즈수를 계산한다.
[표6-1] 물의성질
실험당시 물의 온도 ℃
따라서 [표6-1]을 이용하면,
측정관의 내경
[식6-1], [식6-2], [식6-3] 을 이용하여 계산 후 [표6-2]에 결과 값 기록.
No.
유량 증가 시
유량 감소 시
Re 수
시간
W
Q
V
시간
W
Q
V
상임계
하임계
1
60
0.240
4.0
0.0110
30
3.4
113.33
0.3122
207.5
5123.5
2
60
0.650
10.83
0.0322
30
2.95
98.33
0.2709
529.1
4445.3
3
60
1.22
20.33
0.0560
30
2.7
90.00
0.2479
919.2
4068.6
4
30
1.25
41.67
0.1148
30
1.35
45.00
0.1239
1883.6
2034.3
5
30
1.45
48.33
0.1331
30
1.09
36.33
0.1001
2184.9
1642.5
6
30
2.6
86.67
0.2388
60
0.68
11.33
0.03121
3917.9
512.3
7
30
3.0
100.0
0.2754
60
0.16
2.667
0.007345
4520.7
120.6
[표6-2] 실험결과
※유량 증가 시 사진
No.
유량 증가 시
사진
유동
Re 수
1
층류
207.5
2
층류
529.1
3
층류
919.2
4
층류
1883.6
5
천이영역
2184.9
6
천이영역
3917.9
7
난류
4520.7
※유량 감소 시 사진
No.
유량 감소 시
사진
유동
Re 수
8
난류
5123.5
9
난류
4445.3
10
천이
4068.6
11
천이
2034.3
12
층류
1642.5
13
층류
512.3
14
층류
120.6
7. 실험결과 분석
7.1 오차 원인
1. 디지털저울이 아니었기 때문에 정확한 무게를 측정할 수 없었다.
2. 급수부에서 나오는 물이 노즐에 영향을 끼쳐 유동을 흔들리게 하는 단점이 있었다.
(추후에 장갑으로 막아 이러한 현상을 개선하여 오차를 줄일 수 있었다.)
3. 유량조절밸브의 노후로 인하여 유량의 세밀한 조절이 어려웠다.
4. 유량을 측정할 경우 X초 동안 물을 받았다. 초시계로 시간을 측정하고 시간이 경과하 면 양동이를 빼 유량을 측정 하였다. 이때 정확한 시간동안의 유량을 측정하지 못한다.
5. 양동이를 사용 후 완전히 건조를 시키지 못하여 정확한 질량을 측정하지 못하였다.
7.2 결과분석
레이놀즈수는 위와 같은 이론적인 값을 갖는다. 실험 결과를 보면 5%이내의 오차를 갖는다. 7.1의 오차원인들로 인해 오차가 결과에 영향을 준 것을 알 수 있다. 실험 사진과 결과치를 통하여 레이놀즈수에 따른 유체의 유동을 수치 및 시각적으로 표현할 수 있다.
8. 후기
보고서를 작성하며, 2학년 2학기 때 배웠던 전공책을 다시 피게 되었다. 유체역학 학점은 높게 맞았다. 하지만 떠오는 것은 얼마 없었다. 한 학기 동안 레이놀즈수를 배우면서도 레이놀즈수 관계이론을 작성하는데 많은 시간을 사용하였다. 레이놀즈수가 가장 친숙한 부분이라고 생각해서 선택한 결과였다. 여기서 난 유체역학의 기본이 될 수도 있는 레이놀즈수를 너무 얕게 시험을 보기 위해서만 알고 있던 것이다. 적어도 앞으로 배우는 분야의 기초이론은 잊어버리지 않도록 습득해 놓아야 한다는 점을 알 수 있었다.
실험을 하며, 레이놀즈수가 만만치 않은 수라는 것을 알았다. 특히 유량을 점점 증가시키며 상임계 레이놀즈수를 측정할 때 유량을 조금씩 증가시켜야 하는데 유량조절밸브를 손으로 미세하게 움직이는 것이 어려웠다. 또한 유량조절밸브 조절만 잘해서 실험이 잘되는 것이라면 될 때까지 실험을 하겠다. 하지만 색소액 조절밸브도 조절해야 하고, 정확한 시간동안 유량을 측정해야 되며 정확한 무게를 재야만 했다. 또한 작은 충격이라도 가해지면 유동이 변화하였다. 즉, 레이놀즈수 실험은 절대 혼자서 할 수없는 한 조원이 같이 실험을 수행해야 하며, 같은 조원의 협동심이 반드시 필요한 실험이었다. 한명의 뛰어난 조원이 아닌 조원 모두의 역량이 중요한 실험이었다. 이러한 모든 것이 만족되어야 오차가 적은 값을 얻을 수 있었다.
실험 전 관련서적으로 미리 실험을 간접경험 하였는데도 불구하고 초반 실험은 실패적이었다. 하지만 반복적으로 실험하며 우리조는 급수부에서 나오는 물이 측정튜브 안의 유동에 영향을 끼는 것을 알고 그 부분을 장갑으로 감아 영향을 줄여 오차를 줄일 수 있었다.
레이놀즈수 측정 실험은 직접 레이놀즈수를 구하고 또 그때의 유동을 눈으로 보며 이론적으로만 배웠던 내용을 실험으로 경험할 수 있었다. 까다로운 실험이라고 할 수 있지만 오차원인을 찾아내고 보완하며 실력을 쌓을 수 있는 실험이다.
아쉬운 점은 전반적인 실험장치와 도구가 낙후되었다는 점이다. 실험장치의 유량조절밸브는 미세한 조절이 어려워 실험을 까다롭게 만들었으며, 디지털저울이 없어 정확한 유량을 측정하기가 어려웠다. 조금 더 오차가 없는 실험을 위하여 교체를 하는 것이 좋을 것 같다.
9. 참고자료
1) 유체역학 7판(Introduction to Fluid Mechanics) - 서상호 외 공역 - [텍스트북스]
2) 유체역학 기초실험 - 모양우 저 - [조선대학교출판부]

키워드

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