[유체실험] 베르누이 실험(손실수두와 속도와의 관계, 유체유동 중 에너지 손실 등)

목차

1. 실험명

2. 실험 목적

3. 이론적 배경

4. 실험 장치

5. 실험 순서

6. 실험 결과 값

7. 실험 검토 및 고찰

본문내용

er의 수주높이 h와 측정하고자하는 유체의 밀도 및 Manometer내의 유체의 밀도를 알면 된다.
4. 실험 장치
1) 실험 장치의 간단한 스케치
2) 측정 장치의 각 사진들
① 전체적인 실험장치 ② 송풍기의 배출부분
③ 벤츄리 형상부분의 여러 각도
④ 송풍기의 풍량 조절센서 ⑤ 조절센서와 압력계
⑥ Manometer
5. 실험 순서
⑴ Micromanometer(정압과 동압)의 영점을 잡는다.
⑵ 공기의 공급 온도 및 압력을 측정한다. (장치 내: 26.2℃ , 실험실 내:26.8℃)
⑶ 송풍기를 가동, 13Hz조정으로 실험 풍량을 맞춘다.
⑷ 피토관의 위치를 변경하며 속도 및 전압과 정압의 차를 측정한다.
⑸ 모터의 13, 19Hz으로 풍량을 변경하며 위의 과정을 반복한다.
6. 실험 결과 값
번호
측정 위치(m)
P
13Hz
19Hz
P(mmH20)
V(m/s)
P(mmH20)
V(m/s)
1
0.21
Patm
대기압
7.45
10.808
16.37
16.021
2
0.19
8.40
11.477
18.56
17.059
3
0.17
8.65
11.646
18.98
17.251
4
0.15
8.21
11.346
17.57
16.598
5
0.13
7.12
10.566
15.25
15.464
6
0.11
6.22
9.876
13.38
14.484
7
0.09
5.64
9.404
12.11
13.780
8
0.07
5.21
9.038
11.03
13.151
9
0.05
4.90
8.765
10.34
12.733
10
0.03
4.56
8.456
9.57
12.250
(1)
(2)
(2)식은 (3)식으로 변형된다.
0 (3)
(1)식 또는 (3)식을 만족하면 베르누이 방정식이 성립한다.
- (1)식을 통해서 각 지점마다 const(상수)를 구할 수 있고 그 값을 평균 낸 값을 C라고 가정한다.
실험을 할 때 가장 위쪽에서 측정한 속도와 그 지점에서의 면적을 계산하여 유량( Q=AV)을 구할 수가 있다. 유량은 벤추리를 통해 일정하게 흐르게 되며 다만 단면적에 따라서 속도가 변할 뿐이다.
* (4)
위의 식(4)에서 높이는 측정위치에 따라 높이는 알고 있는 값이고 속도는 유량을 가지고 각지점마다 속도를 이론적으로 구할 수가 있다. C는 위에서 구한 평균값이므로 이미 알고 있는 값이다. 따라서 위 식(4)에서는 미지수가 p뿐이다.
각 지점마다 p를 구하면 p를 구할 수가 있을 것이고 마노미터로 구한 값(p 또는p) 과 비교를 할 수 있을 것이다.
◆ 실험 결과의 Const 비교
번호
13Hz
Const
19Hz
Const
P(mmH20)
V(m/s)
P(mmH20)
V(m/s)
1
7.45
10.808
8740.639
16.37
16.021
8740.228
2
8.40
11.477
8740.576
18.56
17.059
8740.108
3
8.65
11.646
8740.544
18.98
17.251
8740.068
4
8.21
11.346
8740.553
17.57
16.598
8740.113
5
7.12
10.566
8740.574
15.25
15.464
8740.201
6
6.22
9.876
8740.596
13.38
14.484
8740.266
7
5.64
9.404
8740.603
12.11
13.780
8740.305
8
5.21
9.038
8740.602
11.03
13.151
8740.334
9
4.90
8.765
8740.596
10.34
12.733
8740.346
10
4.56
8.456
8740.592
9.57
12.250
8740.362
◆ Const와 손실수두의 비교
번호
13Hz의 Const
(손 실)
19Hz의 Const
(손 실)
1
8740.639
-
8740.228
-
2
8740.576
-0.063
8740.108
-0.12
3
8740.544
-0.032
8740.068
-0.040
4
8740.553
0.09
8740.113
0.045
5
8740.574
0.021
8740.201
0.088
6
8740.596
0.022
8740.266
0.065
7
8740.603
0.007
8740.305
0.039
8
8740.602
-0.001
8740.334
0.029
9
8740.596
-0.006
8740.346
0.012
10
8740.592
-0.004
8740.362
0.016
7. 실험 검토 및 고찰
- 이번 베르누이 실험을 통하여 유체역학에서 배웠던 내용을 다시 한번 정리 할 시간을 갖게 되었다.
보통 일직선인 관에서도 유체의 속도가 빨라지고 흐르는 양이 많으면 유체흐름에 유동이 생긴다.
이 유동은 관 측벽과의 마찰 등에 의해 일어나지만 관의 단면적이 달라 유체의 속도가 달라져서 발생되는 마찰에 의해서도 일어난다.
이러한 마찰로 인하여 유체는 흐름에 방해를 받고 유동이 없을 때보다 적은 유량이 흐르게 된다.
즉, 유량의 손실이 있게 된다.
이 실험을 통해 관의 지름이 줄어들어 단면적이 작아지면 유체의 속도는 상승하지만 압력은 그만큼 떨어짐을 확인했다. 다시 관의 지름이 커지면서 압력수두가 다시 처음의 크기로 돌아오는 것도 알 수 있었다.
또, 에너지의 손실은 유체와 관 사이의 마찰에 의한 손실과 점성이 없는 비압축성이라는 베르누이 방정식의 가정에서 비롯된 것 같다.
특히 속도가 빠른 부분에서 에너지 라인의 변화가 심한 것을 보아서 속도가 빠를수록 마찰이 심해지고 손실이 더 발생된다는 것을 알 수 있다.
결론적으로 베르누이식에 의하여 위의 값들이 거의 근사하게 일치하는 것을 볼 수 있다.
- 실험을 하면서 느낀 오차의 요인
(1) 해석 과정에서 각 지점에서의 정체압을 시스템의 전압으로의 가정한 오차
(2) 공기 내의 이물질
(3) 마이크로 나노미터의 불안정한 설치 (진동의 영향)
(4) 피토관이 불안전하게 수직 설치
(5) 저항(마찰) 및 위치 수두 기타 손실 부분의 무시
(6) 오리피스를 통과하거나 피토관을 통과하는 유체는 각각의 지점을 지날 때 마찰 손실 및 노즐 손실등을 갖게 되므로 이를 무시한 것 등을 들을 수 있다.
(7) 피토관의 높이 위치지정을 사람의 눈(아날로그식)으로 측정함에서 오는 오차.

키워드

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