기계공학실험 유량계 실험 실험보고서

목차

1.실험 개요
2.실험 목표
3.이론 및 해석
4.실험 장치
5.실험 방법
6.실험 결과
7.결론

본문내용

다.
b. 레이놀즈 수 구하기
레이놀즈수
레이놀즈수는 유동의 층류유동과 난류유동의 척도가 되는 무차원 매개변수로, 레이놀즈수가 1400이 넘지 않을 경우에는 층류유동이 되고, 넘을 경우에는 난류유동이 된다.
수조에서 측정된 물의 온도인 26.5℃ 에서의
=
① 각 유량계의 목부분에서의 속도 V (단, 여기서 가변면적 체적탱크 유량계는 목부분이 없다.)
1
2
3
4
5
6
7
variable area
V [m/s]
0.105
0.148
0.211
0.253
0.316
0.357
0.420
orifice plate
V [m/s]
0.213
0.318
0.475
0.586
0.768
0.854
1.013
venturi meter
V [m/s]
0.446
0.627
0,893
1.090
1.379
1.548
1.819
② 각 유량계의 목부분에서의 레이놀즈수 (단, 여기서 가변면적 체적탱크 유량계는 목부분이 없다.)
상단관지름(체적탱크 지름) = 0.03175 m
오리피스판 목지름 = 0.015 m
벤추리미터 목지름 = 0.02 m
1
2
3
4
5
6
7
variable area
3823
5388
7682
9212
11506
12998
15292
orifice plate
4885
7293
10894
13440
17615
19587
23234
venturi meter
7672
10785
15361
18750
23721
26629
31290
※ 실험에서 가장 낮은 유속에서도 모든 유량계의 레이놀즈수가 1400을 훨씬 윗도는 수치를 나타내는 것으로 이 유동은 난류유동임을 알 수 있다.
레이놀즈수가 큰 난류 유동이므로 점성의 효과를 무시할 수 있고, 비점성유체로서 해석이 가능하다.
그러므로 유체와 관표면의 경계층에 의한 영향이 적어져 유속이 일정하게 측정될 수 있다.
Part.3 _ 다른 유량 측정법의 조사
※ 유속 측정에 의한 유량계
→관내를 흐르는 유체의 유속을 측정하여 그 값에 관의 면적을 곱해서 유량을 측정하는 방식으로,
이번 실험에 사용한 벤추리와 오리피스 외에 피토관, 열선식 유량계가 있다.
※ 면적식 유량계
→내부에 있는 조리개 전후의 차압이 일정하게 되도록 조리개의 면적을 바꾸고 그 면적으로부터 유 량을 측정하는 것으로 로터미터, 피스턴식이 있다.
※ 용적식 유량계
→일정한 용적의 용기에 유체를 도입시켜 유량을 측정하는 방식으로 오발(oval)기어식, 루츠(root)식, 로터리피스턴식, 습식가스미터 등이 있으며 일반적으로 정도가 높다.
※ 속도수두를 측정하는 유량계
→유체의 정압과 정압의 차를 측정하는 방식으로 피토관과 연결하여 유속의 운동에너지를 검출하여 유속에 의한 온도변화를 측정한다.
※ 조리개 기구식 유량계
→배관 중에 조리개를 삽입하여 교축부의 유입측과 유출측의 정압의 차를 측정하여 유량을 측정하는 방법으로 오리피스, 벤츄리외에는 플로우노즐 등이 있다.
※ 열선식 유량계
→유체에 의한 가열선의 냉각도 혹은 유체의 열 흡수량으로 유량을 측정하는 방식으로 미풍계, 토마 스 미터, Thermal유량계 등이 있다.
※ 체적유량측정계
→유체의 유량측정법에는 여러 가지가 있는데 그중 체적유량측정법은 회전체와 케이스 사이에 생기 는 공간을 계량실로 이용하는 것으로 연속적으로 유입되는 유체는 이 계량실의 용적을 1단위로 하 여 회전체의 운동회수로부터 유량을 구한다.
a. 회전자형 유량계
→오벌(oval)기어식,lobe식 등이 있으며 oval기어식은 타원형인 2개의 기어가 회전자로 사용되며 유 입측과 유출측의 압력차에 의하여 회전하도록 되어 있다. lobe식은 oval기어 대신 호리병형의 회 전자를 사용하는 것으로 계량원리는 같다.
b. 터빈(turbine) 유량계
→유체의 흐름 중간에 터빈을 설치하여 그 회전수로부터 유체의 유량을 측정하는 것으로 유속을 v, 터빈의 회전속도를 n이라 하면 일반적으로 다음의 식이 성립한다. v = kn + a 여기서 k와 a는 실험에 의해 얻어지는 상수이다. 이 방법은 간편하게 사용할 수 있는 반면 정밀도가 낮다.
c. 막식 유량계
→유체를 일정한 용적의 주머니 속에 넣어서 충만한 후 배출하여 그의 회수를 용적단위로 환산하여 표시하며, 일반적으로 가정용, 상업용 등의 저압용으로 널리 쓰이고 있다.
(*자료출처 - http://gasculture.com/3gaspe/02control.htm)
7. 결 론
※ 기준유량계의 측정치를 이용하여 세가지 유량계의 측정치를 분석한 결과, 5 L/min 이하의 저속유체
유동에서는 벤추리미터가 비교적 정확한 유량을 측정할 수 있고, 6~10 L/min 정도의 중속유체유동
에서는 오리피스판이 비교적 정확한 유량을 측정할 수 있다. 가변면적체적탱크는 모든 영역에서의
오차가 가장 크게 나타났지만, 유량을 바로 측정할 수 있기 때문에 유용하게 사용되었다.
10 L/min 이상의 고속유체유동에서는 세가지 유량계 모두 오차가 증가하여 정확도가 떨어지므로
고속유동 영역에서는 이 유량계들을 이용하는 것이 바람직하지 못하다.
※ 수두손실을 분석해보면 가변면적체적탱크가 나머지 두가지 유량계에 비하여 수두손실이 큰데, 이때
문에 오차가 커진 것을 알 수 있다. 마찬가지로 오리피스판과 벤추리미터에서의 수두손실은 저속유
동에서는 벤추리미터가 더 크다가 유속이 10 L/min 이 되는 시점에서 수두손실은 같아지고, 이 이
후의 증가된 유속에서는 오리피스판이 더 수두손실이 커진다. 여기서도 저속에서는 벤추리미터가
비교적 더 정확하고, 중속에서는 오리피스판이 비교적 더 정확할 것이라는 것을 알 수 있다.
※ 유출계수를 구하는 과정에서 각 유속에 따라 유출계수가 조금씩 다르게 나왔는데, 이것은 장치에
의해 발생하는 오차와 실험자의 시각적 오류에 의한 액주계측정의 오차에 의해 발생되는 것으로
생각된다.
※ 레이놀즈수를 구해본 결과 이 실험 전과정에 걸쳐서 모두 난류유동을 보였다는 것을 알 수 있었다.
이는 실험에 이용된 유체인 물의 유동이 비점성임을 증명해주는 것인데, 이는 베르누이방정식을 이 용하기 위한 비점성유체라는 조건을 만족시켜 주므로 베르누이방정식을 이용한 계산이 가능하였다 는 것을 알 수 있다.

키워드

유량계,   실험,   실험보고서,   오리피스,   벤추리,   가변면적,   베르누이