유체역학 실험 - 관로마찰 실험

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유체역학 실험 - 관로마찰 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

없음

본문내용

△h=0.003
길이
L
1.8m
1.8m
1m
(단위:m)
VENTURY
NOZZLE
ORIFICE
D1
0.037
0.0288
0.023
D2
0.0185
0.0127
0.01455
A1
0.001075
0.000651
0.000415
A2
0.0002688
0.000127
0.000166
L
1
1.8
1.8
Data Sheet
비고
횟수
V(m/s)
Re
(계산)
(실험)
Ventury
1회
0.00024102
0.224204651
7270.440041
0.0024928
0.005
2회
0.000244014
0.226989767
7360.754933
0.00248416
0.003
Nozzle
1회
0.0004229
0.649616
15941.49693
0.041673
-0.015
2회
0.000225685
0.346674816
8750.424804
0.0133996
-0.006
Orifice
1회
0.000214298
0.51638157
10409.09388
0.036163
0.035
2회
0.00020589
0.496123365
10000.73392
0.0331849
0.035
계산과정
VENTURY
실험1
Moody Chart에서 Re 와 ε/D로부터 f=0.036
실험2
Moody Chart에서 Re 와 ε/D로부터 f=0.035
NOZZLE
실험1
Moody Chart에서 Re 와 ε/D로부터 f=0.031
실험2
Moody Chart에서 Re 와 ε/D로부터 f=0.035
ORIFICE
실험1
Moody Chart에서 Re 와 ε/D로부터 f=0.034
실험2
Moody Chart에서 Re 와 ε/D로부터 f=0.0338
4. 고 찰
실험을 하기전에 가상실험에서 관로마찰 실험을 해 보았다.
가상실험을 하면서, Ventury, Nozzle, Orifice 각각의 종류에 대한, 유량의 증가 감소에 따른 입구와 출구의 차압에 대한 그래프를 쉽게 알 수 있었고, 실험을 이해하는데 도움이 되었다.
실험과정은 무척이나 쉬웠다. 하지만 계산 과정은 그렇게 쉽지 않았다.
유체가 정상 상태가 되기 위해, 어느 정도 물을 흘려주고 나서 수두를 측정하였다. 물의 높이가 순간적으로 조금씩 변화가 있어서 정확하게 읽을 수는 없었다.
계산과정을 살펴보면, 유량은 앞에 주어진 기초이론에서 알 수 있고,차압은 실험을 통해서 구했으므로, 계산을 통해서 구할 수 있다. 이를 파이프의 단면적으로 나눔으로 속도를 구할 수 있다.
식을 이용하여, 위에서 구한 속도,지름을 구했고,온도에 따른 동점성 계수를 구할 수 있으므로,레이놀드 수를 구한다.
상대 조도()는 일반 파이프종류에 따른 상대조도 표에서 찾을수 있다.Moody Chart에서 Re 와 ε/D로부터 f를 구할 수 있다. 달시-바이스바흐식에 대입하여 손실수두를 계산한다.
◆ Ventury에 대한 고찰
벤츄리미터는 관로내 유량을 측정하는 계기로서 두 단면의 압력차를 구하여 유량을 계산할 수 있다. 이 벤츄리미터는 단면축소 부분이 유체를 가속시킴으로 발생하는 압력 강하를 이용하여 유량을 측정한다.1,2회 실험중 결과는 비슷하게 나왔다.
◆ Nozzle에 대한 고찰
연속방정식에 의하면 속도는 축소하는 단면에서는 증가하고 확대하는 단면에서는 감소한다. 베르누이 방정식에 의하면 정압은 축소하는 단면에서는 감소하고 확대하는 단면에서는 증가한다. 확대하는 단면은 확산기인데 확산기는 유체의 운동에너지를 줄임으로 해서 정압을 높여준다. 축소하는 단면은 노즐의 역할을 하는데 노즐은 정압을 감소시킴으로써 유속(운동 에너지)를 증가시키는 것이다.
다른 두 관과 다른 상태가 일어났는데, 수두차를 계산하는데 있어 1상태에서보다 2상태에서의 수두가 더 높게 나타났다.
◆ Orifice에 대한 고찰
이론 수두를 계산할 때 Mood chart를 사용하였는데 실험값에서의 레이놀즈수와 상대조도에 대해 정확하게 명시되어 있지 않아서 위,아래 두 그래프의 값을 비교하여 선형 보간법으로 마찰계수 f를 구했다. 이 오리피스의 원리는 벤츄리 계와 비슷하다. 하지만 오리피스에서는 유량계수 Cv가 0.66으로 유량손실이 큰 편이다.
수두값이 이론상값보다는 낮게 나왔다. 이는 파이프 내의 불순물이 붙어 있거나 오랜 사용으로 인한 파이프의 녹으로 인해 거칠기가 더 커져서 마찰을 증가시킨 것 같다
이번 실험을 통해서 관로 마찰에 대한 이해가 더 커졌는게 좋은 의의인거 같다. 마찰계수를 구하고, 손실수두를 계산하면서, 이론적인 이해를 할 수 있어서 좋은 실험이었던 것 같다.

키워드

유체역학,   관로마찰,   실험