Efflux Time

목차

Ⅰ. 서론

Ⅱ. 이론적 배경
(1) Hagen-Poiseuille 식
(2) Bernoulli 식
(3) Hagen-Poiseuille식의 유도
(4) 액체 유출시간 결과식의 유도

Ⅲ. 실험 방법
(1) 실험 과정
(2) 실험 기구

Ⅳ. 측정 자료

Ⅴ. 계 산
(1) 이론 속도구하기
(2) Re넘버 구해서 층류인지 난류인지 판별하기

Ⅵ. 결과검토

Ⅶ. 결 론

본문내용

나오는 유체의 유속은
만약 이라면 이 되므로
이라면
1) 층류의 경우
층류일 경우의 Fanning Friction Factor를 적용하면
이므로,
변수 분리하여 적분하면,
따라서 층류에서의 유출시간은
2) 난류의 경우
난류의 경우에는 Blasius식에 의해
난류일 때의 유출시간은
Ⅲ. 실험 방법
(1) 실험 과정
1) 튜브와 탱크의 길이, 직경을 측정하고 기록을 한다.
2) 탱크의 중앙 가운데 부분에 exit pipe를 부착한다.
3) 탱크와 exit pipe를 물로 가득 채운 후 실험조의 한 사람은 손가락을 이용해 탱크로부터 물이 배수되는 것을 방지하기 위해 튜브 아래부분을 막는다.
4) 튜브의 아랫부분에 떨어지는 물을 담기위해 bucket를 갖다 놓는다.
5) 튜브의 출구에서 손가락을 치움과 동시에 stop watch의 시작 버튼을 누른다.
6) 탱크에서 물이 배수가 됨에 따라 사전에 정해놓은 기준위치까지 물이 빠지는
순간 다시 손가락으로 튜브출구를 손가락으로 막는다. 이 후 유출시간 대 물의 깊이를 기록한다.
7) 과정을 약 2회 정도 반복을 한다.
8) exit tube를 바꾸어 주면서 3)에서 7)의 과정을 각각의 튜브에 대해 측정을 한다.
(2) 실험 기구
1) Efflux tank apparatus
2) Bucket
3) Stop watch
4) Meter stick
5) Vernier caliper
6) Themometer
Ⅳ. 측정 자료
table 1. 이론 데이터
탱크직경()
유체온도()
유체밀도()
유체점도()
중력가속도()
0.337
293.15
998.2
0.001
9.81
관의 번호
관의길이(mm)
관의 내경(mm)
유체의 이동거리(cm)
유출시간(s)
-첫번째측정-
유출시간(s)
-두번째측정-
Ⅰ
605
6.0
10
26.32
26.28
Ⅱ
605
3.0
10
143.28
143.40
Ⅲ
605
7.6
10
15.04
15.18
Ⅳ
300
6.0
10
27.28
27.35
Ⅴ
148
6.0
10
29.52
30.08
Ⅵ
72
6.0
10
30.24
31.04
table 2. 측정된 데이터 자료
Ⅴ. 계 산
(1) 이론 속도구하기
식을 이용하여 이론속도를 구한다.
관의 번호
관의길이
(mm)
관의내경
(mm)
유체의 이동거리
(cm)
유출시간
(s)
-첫번째측정-
이론속도
(m/s)
Ⅰ
605
6.0
10
26.32
12.83
Ⅱ
605
3.0
10
143.28
3.20
Ⅲ
605
7.6
10
15.04
20.59
Ⅳ
300
6.0
10
27.28
14.68
Ⅴ
148
6.0
10
29.52
18.46
Ⅵ
72
6.0
10
30.24
26.31
table 4. 계산된 유체의 이론 속도와 실제속도의 비교Ⅰ
table 5. 계산된 유체의 속도와 실제속도의 비교 Ⅱ
관의 번호
관의길이
(mm)
관의내경
(mm)
유체의 이동거리
(cm)
유출시간(s)
-두번째측정-
이론속도
(m/s)
Ⅰ
605
6.0
10
26.28
12.83
Ⅱ
605
3.0
10
143.40
3.20
Ⅲ
605
7.6
10
15.18
20.59
Ⅳ
300
6.0
10
27.35
14.68
Ⅴ
148
6.0
10
30.08
18.46
Ⅵ
72
6.0
10
31.04
26.31
(2) Re넘버 구해서 층류인지 난류인지 판별하기
-이론 데이터 값-
, 평균 , ,
이므로 laminar flow 이다.
(3) 유체의 유출시간을 실험치와 이론치와 비교하기
Laminar flow 이므로
식을 이용하여 이론값 유출시간을 구한다.
관의 번호
실험치의 유출시간(s)
-첫번째-
실험치의 유출시간(s)
-두번째-
이론치의 추출시간(s)
Ⅰ
26.32
26.28
155
Ⅱ
143.28
143.40
1020.08
Ⅲ
15.04
15.18
81.83
Ⅳ
27.28
27.35
188.96
Ⅴ
29.52
30.08
215.15
Ⅵ
30.24
31.04
232.60
table 6. 유출시간의 실험데이터와 이론시간의 비교
Ⅵ. 결과 검토
이번 실험 결과 후 좀 놀란만한 사실을 알게되었다. 이론값과 실제 측정값이 너무나 크게 차이가 난다는 점이다. 이런 오차 때문에 여러번의 계산도 수행하여 보았지만 역시 오차가 아주 크게 나왔다. 실험실의 환경적인 측면도 생각해 보았지만, 이렇게 오차를 크게 낼 만할 정도의 변수로는 작용하지 않았다고 생각한다. 따라서 물 역시 laminar flow가 아닌 turbulent flow가 형성 가능함을 알았다. 물이 빠져나가는 출구가 상대적으로 아주 작은 직경을 가지고 있는 관이었다. 탱크는 아주 출구에 비해서 상대적으로 아주 큰 반면에 작은 직경을 가지고 있는 상태였는데, 이는 아주 큰 압력을 가진 소방호수와 비교할 수 있다고 생각했다. 오차가 이렇게 발생하는 원인은 바로 초를 다루는 실험이었기 때문이다. 조금만 방심을 해도 시간은 금방 흘러가고 단 몇 초의 차이가 엄청난 오차를 발생시킨다고 생각했다. 실험의 오차를 줄이는 방법에는 같이 실험하는 조원의 호흡도 중요하다고 생각했다. 일반적으로 stop watch를 누르고 정지하는 시간과 사람의 손으로 튜브의 입구를 열고 막는 시간이 비교적 정확하지 않는다고 생각해 보았다. 이러한 실험을 정확하게 하기 위해서는 좀 더 향상된 실험기구와 정밀한 실험방법을 택해야 할 것 같다.
Ⅶ. 결 론
이 실험은 tank에서 서로 다른 길이, 다른 직경으로 연결되어 있는 tube를 통해서 흘러나오는 유체의 속도와 시간을 측정하는 실험이었다. 이 결과로 tube의 직경과 길이가 유출시간에 미치는 영향을 알아보았다.
이번 실험은 비교적 간단한 실험장치로 하는 실험이었다. 실험결과는 실험에 사용한 유체의 종류에 따라 당연히 점도와 밀도 등 물리적 성질이 달라지게 되므로 실험결과에 어느 정도 영향을 미칠 것으로 생각된다. 정확한 실험을 위해서 반복실험을 했으며 그 결과 역시 데이터에서 알 수 있듯이 차이가 거의 없었다. 실험 결과 이론값과 실제 측정값의 차이가 아주 크다는 것을 알 수 있었다. 정확한 실험을 위해서는 좀 더 정밀한 실험기구의 필요성을 알게 되었고, 같이 실험하는 조원간의 team work도 아주 중요하다는 것을 깨달았다.

키워드

Efflux Time,   유체역학,   화학공학실험