Orifice meter & Venturi meter 실험_예비레포트 [A+]

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Orifice meter & Venturi meter 실험_예비레포트 [A+]에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 바탕 이론
3. 실험 기구
4. 실험 방법
5. 참고문헌

본문내용

에 가 성립한다. 또한 이기 때문에 다음과 같은 식이 성립한다.
비압축성 유체에서는 밀도가 일정하기 때문에 다음과 같은 최종 식이 성립한다.
Fig 5. 유체의 흐름에 따른 연속 방정식
(8) Bernoulli 방정식 (베르누이 방정식)
- Bernoulli 방정식은 흐르는 유체에 대하여 서로 다른 두 점에서의 압력과 유속의 관계를 나타낸 수식으로, 두 지점에서의 에너지는 일정하다는 것을 설명한다. 베르누이의 방정식을 설명하기 위해서는 다음과 같은 전제조건이 필요하다.
① 유체의 입자는 유선을 따라 움직인다.
② 유입되는 유체의 양과 유출되는 유체의 양이 같고 시간에 따른 변화가 없는
정상상태이다.
③ 유체는 점성력이 없고 밀도가 일정한 비압축성인 이상유체이다.
④ 유체의 흐름에 따른 마찰이나 열의 손실은 무시한다. ()
이와 같은 전제조건을 바탕으로 베르누이 방정식은 다음과 같이 표현된다.
( = 유체의 속도, = 중력가속도, = 높이, = 유체의 압력, = 유체의 밀도 )
이 식의 첫 번째 항은 운동에너지, 두 번째 항은 위치에너지, 마지막 항은 압력에 따른 에너지를 나타내는 것이며 이들 각각은 변할 수 있지만 합은 항상 일정하다는 것을 나타낸다.
이번 실험에서 Orifice meter와 Venturi meter의 높이 (고도)는 통과 전후가 같기 때문에 , 다음과 같은 Bernoulli 방정식과 연속 방정식을 만족한다.
,
이 두 식을 에 관한 식으로 정리하면 다음과 같다.
(: 수축계수, : 오리피스의 단면적)
이 식에서 수축계수 는 거의 0.63을 사용하지만 이번 실험에서는 위 식보다 더 논리적인 무차원 배출계수 를 사용한다. 는 점도와 축류의 영향을 모두 보정할 수 있는 실험적인 계수이다. 이는 무차원수이며, 레이놀즈 수 등의 여러 조건에 따라 변한다.
다음 Fig 6은 관의 지름에 대한 벤츄리 관의 지름의 비와 무차원 배출계수 의 관계를 나타내는 그래프인데, 지름비가 증가할수록 는 감소하는 것을 관찰할 수 있다. Fig 7은 벤츄리관에서의 레이놀즈 수와 무차원 배출계수 의 관계를 나타내는 그래프인데, Reynolds number가 증가할수록 배출계수 또한 증가하지만 계속 증가하면 유속의 영향은 작아지고 배출계수는 0.99의 값으로 수렴하는 것을 관찰할 수 있다.
또한 오리피스 관에서의 의 관계는 다음 Fig 8에 나타나 있다.
Fig 8. 오리피스 관에서의 레이놀즈 수에 따른 배출계수
Fig 8을 보면 구간에서는 유속이 증가할수록 는 커지고, 구간에서는 유속이 증가할수록 는 작아진다. 또한 범위에서 배출계수는 최댓값을 가지고, 범위에서 배출계수는 레이놀즈 수가 증가할수록 감소하고 결국 0.63에 수렴하는 것을 알 수 있다.
3. 실험 기구
- 오리피스 벤츄리 미터 : 물은 헤드탱크로부터 공급선을 따라 흘러 들어오며, 유속은 조정 valve로 조절한다. 또한 액주 압력계 11개를 알맞게 거리를 두고 설치하고 높이는 mm단위로 하여 눈금을 새긴다.
Fig 9. 오리피스-벤츄리 미터
4. 실험 방법
(1) 헤드 탱크에 물을 채워서 overflow되는지 확인한다.
(2) 조정 valve를 열어서 헤드 탱크로부터 물을 흘려보내고, 공기 valve를 열어서 관내의 기체를 제거한다.
(3) 공기 valve를 닫고, 수동식 압축기를 사용하여 액주 압력계 상부의 공기를 압축시킨다.
(4) 수위가 적당한 높이로 되면 액주 압력기의 수위가 모두 같은지 조사한다. 만일 수위가 같지 않으면 관내의 기체가 없는지, 또는 장치가 기울지 않았는지 조사한다. 기구가 기울었을 경우에는 하부에 부착된 나사로 조절한다.
(5) 조정 valve를 열어서 물을 흘려보낸다. 이 valve를 적당히 조절하여 일정한 유량하에서 눈금을 읽고, 유출량을 측정한다.
(6) 유속을 변화시키면서 각각의 수주 눈금을 읽어서 Data를 취한다.
※ 실험 시 주의사항
① 오리피스 벤츄리 미터가 기울어져 있지 않도록 한다.
② 압축기로 압력계의 공기를 압축시킬 때 기포가 차지 않도록 한다.
③ 액주계의 수위로 압력을 측정하므로 수위를 잘 조절해준다.
④ 유량이 갑자기 변하지 않도록 조정 valve의 조절을 조심히 하도록 한다.
5. 참고 문헌
[1] 2019학년도 3학년 2학기 실험노트
[2] James O Wilkes, 화학공학 유체역학, 도서출판 한산, 55-57Page, 2008
[3] 박균영 외 4명, 화학공학실험, 공주대학교, 120-125Page, 2015

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