유체유동 실험(Reynolds number, 손실두 측정)

소개글

유체유동 실험(Reynolds number, 손실두 측정)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험제목

2. 실험순서
(1) Reynolds number 구하기
(2) 오리피스, 벤츄리미터, 마노미터를 사용해서 손실두 구하기

3. 실험이론
- Reynolds Number()
- 베르누이 방정식
- 벤츄리미터, 오리피스
- 마노미터
- 손실두
- 유량측정

3. 참고문헌

본문내용

이 방정식이 또한 식 (1)과 같이 성립한다.
(1)
(2)
(3)
=관 지름 = 벤츄리 미터 목 지름 =지름비
식(1)과 (3)로부터 에 관해 풀면
(3)
여기서 는 압력차이고 D1은 벤츄리미터 입구부 단면 1에서의 관경, D2는 목부 단면
2에서의 단면적이다.
벤츄리계수-
비압축성 유체의 무마찰 흐름에는 위의 식을 그대로 적용할 수 있다. 그러나 지점 1과 2
사이의 벽 마찰을 고려한다면 실험 상수 를 도입하여야한다. 실제유체의 흐름에 있어
서는 유체의 점성으로 인한 에너지의 손실이 있을 뿐 아니라 각 단면에서 유속분포가
균일하지 않으므로 실제 유량보다 약간 작은 유량이 계산된다. 따라서 식 (5)로 계산된
유량에 유량계수 를 곱한 것이 실제유량이 된다. 즉,
(6)
값은 벤츄리미터의 종류나 유량의 크기에 따라 약간의 차이가 있으나 대략 0.92～0.99의 값을 갖는다.
관의 지름이 2-8inch 관의 가 약 0.98정도이고 보다 큰 관에서는 0.99정도이다.
이때의 질량 유량과 부피 유량은 다음과 같다.
-오리피스 미터(Orifice Meter) 의 유량측정
오리피스 미터 입구부 단면 1과 목부 단면 2에서의 지름과 평균 유속을 각각 , 그리고 , 라 하고 관의 밀도가 이면 각 단면에 세운 압력계를 통해 (압력차이)를 읽고 에너지 손실이 없는 비압축성 유체의 무마찰 흐름이라고 가정하면 베루누이 방정식이 또한 식 (1)와 같이 성립한다, 그리고 그때의 q를 부피유량이라고 생각할 수 있다.
하지만 비압축성 유체의 무마찰 흐름에는 위의 식을 그대로 적용할 수 있다. 그러나 지점 1과 2점 사이의 벽 마찰을 고려한다면 실험 상수 를 도입하여야한다. 실제유체의 흐름에 있어서는 유체의 점성으로 인한 에너지의 손실이 있을 뿐 아니라 각 단면에서 유속분포가 균일하지 않으므로 실제 유량보다 약간 작은 유량이 계산된다. 따라서 위의 식으로 계산된 유량에 유량계수 를 곱한 것이 실제유량이 된다. 즉,
오리피스 계수-
값은 실험에 의해 측정해야 하는데, 와 레이놀드 수의 변화에 따라 상당히 달라진다. >30,000 에서는 가 거의 일정하고 와 무관하기 때문에 위의 식들을 쓸 때 상당히 유용하다. 이러한 조선에서 플랜지 탭과 베나 콘트랙타 탭일 때의 는 0.61이라고 생각하면 된다. 실제 프로세스에서는 가 0.20 - 0.75의 범위를 가지고 있으며 가<0.25이면 라고 생각할수 있다.
< 오리피스 계수 >
5. 참고문헌
-『단위조작』- Warren L.McCabe,Julian C.Smith,Peter Harriott-6th edition p32-33
p48-49, p214-217
- http://www.kogas.re.kr/gas/measure/7-3.jsp - 한국가스공사연구개발원
- http://100.naver.com/media.php?type=image&media_id=6769&id=74318&dir_id=11100102-
네이버 백과사전
- http://blog.naver.com/morodnsusl/100007078814 - moro의 보금자리
- http://contents.edu-i.org/gongmo/2001/sunnyson/images/basic-3.htm
Reynolds number 측정실험
화학공학이나 기타 유체를 다루는 학문에 있어서 유체의 property를 측정하는 것은 매우 어려운 일이다. 공학분야에서는 정적인 유체를 다루는 것이 아니기 때문에 특히나 어려운데 이는 우체의 성질이 온도에만 좌우되는 것이 아니라 유체의 진행방향과 속도에도 영향을 받기 때문이다. 이러한 유체의 상태를 무차원군으로 정의한식이 Reynolds equation이다.
Reynolds equation을 통해 유체이 속도와 밀도, 관의직경과 점도를 알면 유체의 상태를 알 수 있다. Reynolds equation은 매우 간단한 식이지만 단위조작을 하는데 있어서 가장 기초적이며 필수 불가결하다. 이 실험을 통하여 눈을 관측할 수 없는 관속의 유체의 상태를 파악해보며 개념상으로만 알고 있던 Reynolds equation에 대해 알아본다.
① 저수조에 물을 채운다. (일정수위 이상으로 물이 차면 over-flow 된다.)
② Ink를 채운다.
③ 밸브를 열고 Ink밸브를 열어준다.
④ 유리관내를 흘러가는 유체의 상태를 관찰한다.
⑤ 실제 유체의 속도를 관측하기 위해 물의 단위시간당 무게를 측정하여 속도로 환산한다.
⑥ ⑤에서 측정한 속도로 Reynolds number를 계산해본다.
⑦ 눈으로 측정한 유체의 상태와 계산된 유체의 상태를 비교해본다.
⑧ 밸브의 개방속도를 조절하며 실험을 반복한다.
유체의 손실두 측정실험
실험목적: 유체가 파이프를 흐르기 위해서는 유체에 Pump로부터 힘을 공급해 줘야 한다. 그러나 유체는 관의 직경변화나 fitting 을 통과할 때 관 자체의 roughness 때문에 마찰이라는 energy loss가 발생한다. 따라서 그 만큼의 에너지를 공급해줘야 하는데 얼마만큼 더해줄 것 인가? 를 결정하기 위해서는 energy loss 를 정확히 측정할 수 있어야 한다. 그래야만 경제적 손실이 최소화 될 것이다. energy loss는 manometer와 Bernoulli equation을 통해 측정가능 하다. 이 실험 에서는 유체(물)이 직관, orifice, 플렌지 벤추리를 통과 할때 발생하는 pressure drop 을 측정하여 이 값을 보정된 Bernoulli equation을 통해서 손실두(Head loss) 를 측정하게 된다.
유체의 손실두 측정방법
① 저수조에 물을 채우고 펌프 스위치를 켠다.
② 실험하고자 하는 관의 밸브만을 열고, 나머지는 잠근다.
③ 관내에 차있던 공기가 빠지는 것을 확인한다.
④ pressure drop 측정부위의 tip을 manometer와 연결한다.
⑤ manometer의 눈금을 읽어 pressure drop을 측정한다.
⑥ ②-④의 과정을 플렌지, 직관, 오리피스, 벤츄리순으로 반복실험한다.
⑦ pressure drop 측정값으로부터 head loss를 구한다.
⑧ Ideal value와 Real value를 비교해본다.

키워드

레이놀즈수,   베르누이,   뉴튼유체,   벤츄리미터,   오리피스