유량측정 (流量測定)

소개글

유량측정 (流量測定)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 장치

3. 이론

4. 실험 도구

5. 실험결과 및 토의

본문내용

점성력과 마찰력 때문에 벽면에서의 속도는 0이라고 배웠었지만, 이번 실험에서는 0이 아닌 값을 얻을 수 있었다. 또한 중심으로 가고 있음에도 불구하고, 속도가 유지되거나 감소하는 부분도 있었다. 하지만 대체적으로 벽면에서 중심으로 갈수록 유속이 증가함은 확인할 수 있다. 아마도, 이번실험에서 사용한 관이 플라스틱이라 다른 재질에 비해 마찰이 아주 적어서 벽면에서의 속도값이 0이 아니었으리라 생각된다.
2)부자식 유량계 유량, 오리피스 유량계 유량, 그리고 피토튜브를 사용해서 측정한 유량을 상호 비교하고 그 차이를 분석하시오.
=> 이번 실험에서는 부자식 유량계를 이용해서 50 l/min부터 50 l/min씩 증가시켜 450 l/min까지 측정하였고, 피토튜브를 이용해서 50, 100, 150 l/min을 측정하였으며, 오리피스 유량계를 이용하여 200, 250, 300, 350, 400, 450 l/min의 유량을 측정하였다.
우선 세가지의 유량계에서 공통적으로 측정하는 영역은 없기 때문에, 비교하기에는 힘들기에 각각의 유량별로 분석을 하고자 한다.
가) 피토튜브 유량계
피토튜브를 이용한 유량측정에서는 위의 실험결과에서도 알 수 있듯이 45.2%, 66.43%, 75.89%의 오차를 기록하였다. 이는 신뢰할 수 없는 큰 오차이다. 이렇게 큰 오차가 발생한 이유로는 3번에서도 설명하겠지만, 피토튜브가 관의 방향과 어긋난다거나, Wall proximity 효과, Nose geometry/probe support의 영향 등으로 인한 이유가 주 이유라고 생각된다.
나)오리피스 유량계
오리피스 유량계에서는 35.48%, 35.55%, 34.99%, 34.77%, 34.54%, 34.33%의 오차가 발생하였다. 이는 피토튜브 유량계와 비교했을 경우에는 작은 오차이지만, 실험만으로 봤을때는 상당히 큰 오차이다. 원인으로는 실험을 하는 도중에 온도가 멈춰있는 게 아니라 온도가 계속해서 상승했었기 때문에 이로 인해 정확한 점성계수의 값을 측정하지 못함으로 인한 오차가 발생했으리라 생각된다.
다)부자식 유량계
부자식 유량계의 오차는 측정해 보지는 못하였지만, 오리피스, 피토튜브 유량계에 비해서는 적은 오차가 발생했으리라 생각한다. 오차가 발생했으리라 생각되는 원인은 부자식 유량계를 정확하게 컨트롤 하지 못한 점을 들 수 있다. 우선 실험기기 자체가 진동이 무척 많았고, 조절수 또한 정밀하게 조정하지 못한데다가, 실험을 지속할수록 온도가 계속 올라가면서 부자식 유량계의 눈금이 계속 변하는 것으로 인한 오차가 발생했을 원인이 있다.
3)본 실험 결과의 분석을 통하여 다음 사항을 고찰하시오.
-각 유량의 유동영역이 층류/난류 중 어디에 속하는지 설명하시오.
=> 값이 2300이상이면 난류이다. 시작인 200 l/min부터 이미 2300의 값을 넘어 서는 것을 알 수 있다. 이번 실험에서는 값이 6875～14722까지의 값이 나왔으므로, 난류임을 알 수 있게 해준다. 난류가 발생하게 된 이유로는 유동이 좁은 입구에서 넓은 곳으로 나가면서 디퓨저에 의한 손실을 겪으면서 압력을 회복하지 못한 것을 이유로 들 수 있고 , 또 빠른 유속으로 인해 완전한 발달된 유동이 만들어지기 전에 피토관에서 유속이 측정된 점도 이유로 들 수 있겠다.
하지만 이번 실험에서 30%가 넘는 오차가 발생했기 때문에, 이를 신뢰할 수 있는 결과라고는 생각하기 의심스럽다. 만약에 연기를 넣어서 실험을 함으로써, 유동가시화를 했었다면 처음에는 층류가, 유량을 증가시킬수록 난류의 결과가 나오는 것을 확인할 수 있었을 것이라고 생각한다.
-본 실험에 나타난 유량측정 오차의 원인에 대하여 설명하시오.
=>부자식 유량계에서의 오차원인은 부자식 유량계를 정확하게 컨트롤 하지 못한 점을 들 수 있다. 우선 실험기기 자체가 진동이 무척 많았고, 조절수 또한 정밀하게 조정하지 못한데다가, 실험을 지속할수록 온도가 계속 올라가면서 부자식 유량계의 눈금이 계속 변하는 것으로 인한 오차가 발생했을 원인이 있다.
오리피스 유량계에서는 측정하고자 하는 유량에서 압력차와 온도를 측정하는데, 측정하는 도중에 계속해서 온도가 상승했었다. 온도가 멈춰있는 게 아닌 계속해서 상승하였기 때문에 밀도와 점성계수의 값을 제대로 측정하기 어려웠고, 이 또한 보간법을 통해 구했기 때문에 정확하지 못한 것으로 인한 오차가 발생했을 수 있다. 또한 유량계수 Cd값을 그래프를 통해 도출해 내는 것이다 보니 정확한 값을 도출하지 못한 이유로 인하여 오차가 발생했을 수 있다.
피토튜브에서는 실험결과에서도 알 수 있듯이, 세가지의 유량계중에서 가장 큰 오차가 발생했다. 우선, 피토튜브가 관의 방향과 어긋날 경우에는, 피토튜브 관의 끝면에 수직인 속도성분과 수평인 속도성분이 동시에 존재함으로 인해서, 피토튜브 관은 끝면에 수직인 속도성분 뿐만 아니라 수평인 성분에도 반응하게 되어 오차를 발생시킨다. 이번 실험에서도, 정확하게 피토튜브를 수직, 수평을 이루지 못하고 눈대중으로 수직, 수평을 유지시켰기 때문에 오차가 발생했으리라 생각한다. 그리고 피토튜브 관이 벽면에 근접할 경우, 피토튜브 관과 벽면의 상호작용에 의하여 유선이 휘어짐으로 인한 Wall proximity 효과 오차 또한 무시 할 수 없으며 피토튜브 관 끝의 nose를 지날 때 유선곡률에 의하여 속도가 증가하는데 이때 Bernoulli의 원리에 따라 정압이 감소하고 이렇게 감소된 정압은 유선이 피토튜브관을 따라 다시 직선화되면서 원래의 크기로 회복된다. 만약 피토튜브관의 정압측정공이 정압이 회복되는 데 필요한 거리만큼 pitot 관의 nose로부터 떨어져 있지 않다면 정압측정공에서 측정되는 정압은 동압측정공에서의 정압보다 낮은 값을 가지게 되는 오차가 발생한다. 그리고 마지막으로, 피토튜브에서 피토튜브가 연결된 호스를 오른쪽에 있는 사진과 같이, 호스가 접힌 부분이 없이 잘 유지하고 있음에도 불구하고, 유속측정기에서 도출되는 값은 변함을 알 수 있었다. 이로 인해 정확한 유속을 측정할 수 없었고 오차가 발생했으리라 생각한다.
계측및신호처리
- 유량 측정 -
장호명 교수님 목 78910
기계시스템디자인공학과
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