열유체공학실험：Reynolds 실험

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열유체공학실험：Reynolds 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

목 차

1. 실험목적

2. 실험내용

3. 관련이론

4. 실험장치, 방법 및 주의사항

4.1 실험장치

4.2 실험방법

4.3 주의사항

5. 실험결과 및 고찰

5.1 실험결과

5.2 고찰

6. 결론

본문내용

3. 관련이론
□ 층류와 난류
- 층류: 물 분자가 흐트러지지 않고 정연하게 흐를 때의 흐름. 유속이 느릴 때 착색액이 일직선으로 흐르는 흐름.
- 난류: 유속이 빠를 때 착색액이 흩트려져 흐르는 경우. 즉, 물의 입자가 상하 전후 흐트러져서 흐르는 흐름.
□ 층류와 난류의 경계층 유속을 한계유속이라 하는데 다음과 같이 상한계 유속과 하한계 유속이 있음.
- 상한계 유속: 흐름상태가 층류 상태로부터 유속이 증가되어서 난류상태로 변할 때의 한계유속을 말하며 이것을 상한계 Reynolds수라고도 함.
- 하한계 유속: 이 경우는 난류 상태로부터 유속을 감소시켜 층류상태로 변화 시킬 때의 한계유속을 뜻한다. 이것을 하한계 Reynolds수라고도 함.
□ Reynolds수
(단, 는 동점성계수이고 는 점성계수이다.)
□ Reynolds수에 의한 층류와 난류의 구분
- Re < 2000 : 층류
- 2000 < Re < 4100 : 천이영역
- Re > 4100 : 난류
4. 실험장치, 방법 및 주의사항
4.1 실험장치
□ Reynolds 실험장치
□ 착색액(잉크)
□ 초시계
□ 온도계
□ 디지털카메라
4.2 실험방법 : Reynolds 실험
□ 투명한 관의 지름 D를 정확히 측정.
□ 온도계를 사용하여 수온을 측정한 후 물의 동점성계수()를 계산.
□ 급수 밸브를 열어 실험 관로 내에 물을 공급.
□ 착색액(검정 잉크) 주입 밸브를 열어 관내의 흐름을 관찰.
□ 밸브의 개폐 정도에 따라 층류, 천이구역, 난류 상태를 디지털 카메라를 이용해서 기록.
4.3 주의사항
□ 착색액이 일정하게 나오도록 해야 함.
□ 실험장치가 진동이나 떨림에 취약하므로 주의.
□ 실험장치가 수평이 되어야 함.
□ 호스의 수압이 높기 때문에 작은 충격에도 찢어질 수 있으므로 밟지 않도록 주의.
□ 카메라는 물에 고장 나기 쉬우므로 주의해서 사용.
5. 실험결과 및 고찰
5.1 실험결과
□ 계산식
10℃와 15℃물의 물성치를 이용하여 1차 Spline 보간법으로 14℃물의 물성치를 계산.
□ 측정값 및 실험결과
수온 : 14 ℃, 동점성계수 : 관의 지름 : 0.02 m
종류
사진
계산
층류
V = 0.004
t = 235sec
Q = V/t
=
천이영역
V = 0.004
t = 70sec
Q = V/t
=
난류
V = 0.004
t = 18sec
Q = V/t
=
5.2 고찰
□ 실제 실험결과가 우리가 알고 있던 층류, 천이영역, 난류 범위에 포함됨.
- 물을 공급 후 수위가 일정하도록 잘 유지시켰음.
- 잉크의 형태를 잘 관찰하며 공급유량을 서서히 증가시켰음.
□ 천이영역 촬영이 확실하게 되지 않았음.
- 실험자의 경험 부족으로 천이영역을 확실히 구분하지 못하였음.
- 진동이나 떨림을 확실하게 제어하지 못하였음.
- 진동 등에 의하여 천이영역의 잉크형태가 난류모양으로 퍼졌을 것으로 판단.
- 낮 시간에 실험을 진행하여 주변 화장실 등의 물 사용으로 물 공급량이 완벽히 일정하지 않음
- 잉크가 완전히 일정하게 나오지는 않음.
6. 결론
□ 본 실험에서는 공급유량에 따른 물의 층류와 난류의 상태 및 그 사이의 경계를 관찰하기 위해 다음의 실험을 수행하였음.
- 급수밸브와 잉크주입밸브를 열어 관내로 물을 공급 후 잉크의 흐름을 관찰.
- 유량변경 후 잉크의 흐름을 관찰.
□ 본 실험에서는 다음을 확인하였음
- 층류와 난류의 상태는 비교적 관측하기 쉬웠음.
- 천이영역이라고 할 만한 상태가 애매모호했음.
- 층류는 잉크의 형태가 ‘ㅡ’모양으로 일정하였음.
- 천이구역은 잉크의 형태가 ‘’모양으로 서서히 퍼져하는 형태를 띄었음.
- 난류는 잉크의 형태가 순식간에 확산하여 퍼지는 형태를 띄었음.

키워드

열유체공학실험,   기계공학,   열역학,   유체역학