[기계공학실험] 송풍기성능 실험

목차

실 험 요 약
Ⅰ. 서 론
ⅰ. 실험목적
ⅱ. 실험이론
Ⅱ. 본 론
ⅰ. 실험장치
ⅱ. 실험방법
ⅲ. 실험 시 유의사항
Ⅲ. 결 론
ⅰ. 실험결과 및 공식
ⅱ. 실험결과 그래프
ⅲ. 결론 및 고찰
ⅳ. 참고문헌

본문내용

5
공기동력
㎾
0.00139
0.00119
0.00119
0.00102
0.00120
송풍기의 효율
%
0.9482
0.8117
0.8117
0.6958
0.8186
< 표-2 회전수가 일정할 때 결과 DATA 표 >
ⅱ. 결과 값 그래프
① 원심 송풍기의 회전수와 압력의 상관 그래프
< 그래프-1 원심 송풍기의 회전수와 압력의 상관 그래프 >
② 원심 송풍기의 회전수와 효율의 상관그래프
< 그래프-2 원심 송풍기의 효율과 상관 그래프 >
③ 일정회전수에서의 유량의 변화와 압력의 상관그래프
< 그래프-3 노즐의 속도와 부딪친 후의 속도 비교(12kg) >
④ 일정 회전수에서 유량의 변화와 효율의 상관 그래프
< 그래프-4 물의 모멘텀과 힘과의 관계(12kg) >
ⅲ. 결론 및 고찰
이번에 시행한 송풍기 성능 실험은 원심송풍기에서 비교적 적은 유량의 공기나 기체를 순환시키는데 주로 사용되는 원리를 이행하고 송풍기의 작동원리와 성능곡선을 이해하는데 실험의 목적이 있는 실험이다. 회전수에 변화를 주어 입력 값을 40부터 5단위로 60까지 총 5회의 실험을 하였고, 일정회전수를 유지(=1791 rpm)하여 댐퍼의 회전수를 3바퀴식 회전하여 총 12바퀴 즉, 5회의 실험을 하였으며 실험을 반복하는 대해 있어서 최대한 기본 조건 및 주위 환경적인 요소는 동일한 상태를 유지하였다. 실험을 진행하는 동안 변화에 따르는 전압 축 동력, 효율 변화, 유량 변화 등의 조건 변화를 주어 데이터를 도출하였다.
위의 실험 결과표 <표-1>, <표-2>와 그래프 4개를 전체적으로 살펴보면, <그래프-1> 송풍기의 회전수를 증가시킬수록 송풍기의 정압, 동압, 전압 모두 차수가 고차로 진행 될수록 압력은 증가하였다. 특히 <그래프-1>에서 보이는 바와 같이 거의 선형적으로 증가하는 모습을 보였다. 송풍기의 전압과 정압은 1차와 5차 결과 값의 차이는 각각 41.44, 39.24 Pa 의 차이를 보이며 큰 변화량을 보였으나 송풍기의 동압은 최초와 최종의 차이가 약 2.12 Pa 의 미세한 차이를 보였다. 이러한 차이를 보이는 원인을 분석해 보면 동압은 오리피스의 수두차이를 이용하여 유량에 대한 결과를 토대로 정해진 공식을 사용하여 계산하여 전체적인 실험에서 △(=변화량)의 의미를 갖는 값을 가지기 때문에 상대적으로 적은 변화량을 보였다고 생각한다.
회전수와 효율에 대한 <그래프-2>의 상관관계를 분석해 보면 이번 실험은 삼각형 구조의 그래프 구조를 나타내었다. 이러한 형상의 그래프 결과를 나타내는 이유는 많은 조건 및 원인이 있겠지만 가장 크니 이유는 실험 상황마다 측정된 전압과 전류의 차이 때문에 결과적으로 효율의 차이가 났다. 1, 2, 3차까지는 일정한 전압과 전류를 유지(=215V 0.1A) 했지만 4, 5차는 전류가 각각 0.2, 0.5A 로 변화를 보였기 때문에 공식에 의해서 이러한 결과를 나타내었다. 하지만 전류가 0.1에서 0.5까지의 일정한 차이를 보이지 않았기 때문에 효율 또한 앞에 열거했던 원인들에 의하여 일정하지 않은 변화를 나타내었다고 생각한다.
또 일정한 회전수(=1791 RPM) 를 유지하면서 댐퍼의 결단력에 변화를 주었을 때의 송풍기의 압력 변화를 살펴본 결과 <그래프-3, 4>에 보이는 바와 같이 압력과 효율의 변화가 나타났다. 이 부분에서 확연한 차이를 보이는 원인은 <표-2> 에서와 같이 3차 실험에서부터 오리피스의 수두차가 음의 값을 나타내었으며 결과 또한 그래프에 나타난 거 와 같은 결과를 나타내었다.
지금까지 송풍기 성능 실험에 대한 결과 데이터를 가지고 주어진 조건에 따라 다른 결과에 대한 분석과 비교를 해보고 원리를 이해하였다. 하지만 이론적인 데이터와 실제 실험을 한 후 얻은 결과 데이터는 상당한 차이를 보였는데 그 이유를 지금부터 생각해 보겠다.
첫 번째 오차 발생 원인으로 실험을 실행한 실험장소의 주위 환경 요소를 생각할 수 있다. 우리조가 실험을 한 실험실은 우리 조 외에도 다른 조들이 다른 실험을 동시에 시행하고 있었다. 이번 실험은 공기의 유동과 유량에 대한 측정이 중요한 실험이었는데 실험 조원들뿐만 아니라 다른 학생들의 움직임에 의하여 실험실 내의 공기유동에 영향을 주었기 때문에 이상적인 결과 값과 차이를 보이는 실험값이 결과로 나왔다고 생각한다.
두 번째 오차 발생 요소로 유체의 상태 조건을 말할 수 있다. 실험에서 사용한 실험 장치는 우리 조가 처음 사용하는 것이 아니라 앞의 조에서 실험을 수십 번씩 한 상태였다. 또한 실험에 사용한 공기 또한 공기 밀도가 아주 일정하지 않았다고 유추할 수 있다. 실험 관련 공식에서 밀도는 1.225를 사용하였지만 실험실 상태를 생각하였을 때 1.225의 밀도를 일정하게 유지하지 못 했을 가능성이 크고, 결과 값에 이상적인 영향을 주지 못했을 것이다.
마지막으로 실험장치의 문제를 야기 할 수 있겠다. 실험 장치의 노후화를 원인으로 송풍기 실험장치의 조인트 부분을 테이프로 보정하였으나 보정하는 자체가 이상적인 실험에서 멀어지는 결과를 나타내었다고 생각한다. 실험 장치에 사용한 테이프가 이상적으로 공기의 유동을 외부유출을 100% 막지 못했을 것이고 완벽하게 유출을 막지 못했다면 실험결과 또한 100% 완벽한 것이 아니라는 결론을 낼 수 있다.
비록 100% 정확한 실험을 했다고 할 수는 없었지만 이번 송풍기 성능 실험을 통하여 원심송풍기에서 작은 유량의 공기나 기체를 순환시키는데 주로 사용되는 원리를 이행하고 송풍기의 작동원리와 성능곡선을 이해하면서 기계공학을 전공하는 학생으로서 전문적 지식에 한 걸음 더 나아가는 뜻 깊은 계기가 되었다고 생각한다. 또한 실생활에서 가볍게 여기고 지나쳤던 선풍기나 냉난방 시스템에서 대해서 자세하게 관심을 같고 연구해 보는 좋은 실험이었다. 다음에 실험을 다시 할 수 있는 좋은 기회가 생긴다면 위에 열거했던 이상적인 실험에 방해가 되는 요소들을 완벽하게 제거하여 오차가 발생하지 않는 완벽한 실험을 하고 싶다.
ⅲ. 참고문헌
① 유체역학, Robert W. Fox 외 1명, 사이텍미디어
② 일반물리학, 정현조, 범한서적 주식회사
③ 유체역학, Brucer, 청문각

키워드

송풍기,   송풍기성능,   기계,   기계공학실험,   실험