유체역실 실험 (유체관로의 주부손실)

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유체역실 실험 (유체관로의 주부손실)에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

h식에 의하여
수평 파이프일때 베르누이 방정식에 의해
따라서 위식은 다음과 같이 된다.
부차적 손실 은 밸브나 티, 엘보를 통한 유동손실과 기타장치의 면적이 일정하지 않은 부분에서의 마찰에 의한 손실을 말한다. 이러한 추가적인 수두손실은 유동의 박리로 인하여 발생한다.
부손실로 인한 손실계수 K에 관한 식은 다음과 같다.
위식에서 Leq와 Dh는 각각 등가(상당)길이와 수력직경을 의미한다.
3-1. 실험장치 및 기구
유체관로 실험장치는 아래그림과 같다.
유체관로 실험 장치 중에서 각 부분에 대한 치수는 표 7.1과 같다.
유체관로 실험장치의 각부의 치수
유체관로 실험 장치의 개략도
3-2. 실험방법
1) 전원을 넣는다.
2) 고수조에 물을 채운다.
3) 밸브 ⓑ, ⓒ, ⓓ, ⓔ, ⓕ, ⓖ를 완전히 개방한다.
4) 관로내의 공기를 제거한다.
5) 밸브 ⓐ와 로터미터를 이용하여 유량을 조절한다.
6) 유량을 일정하게 한 후 ⓓ, ⓔ, ⓖ을 잠그고, 6-7 관의 수두차를 다관 마노미터로부터 읽는다.
7) 유량을 동일하게 하여 밸브 ⓓ, ⓕ, ⓖ를 잠그고 17-18관의 수두차를 다관 마노미터로 읽는다.
8) 유량은 동일하게 하여 밸브 ⓔ, ⓕ, ⓖ를 잠그고 22-23관의 수두차를 다관 마노미터로부터 읽는다.
9) 유량을 바꾸어 가면서 여러번 실험하여 결과값을 측정한다.
1) 급격확대 및 급격축소
가) 유체관로 주손실 실험의 실험방법 1)～3)과 동일하게 한다.
나) 밸브 ⓓ, ⓔ, ⓕ를 잠그고 ⓖ를 완전히 개방한다.
다) 밸브 ⓐ와 로터미터를 이용하여 유량을 조절한다.
라) 급격축소관(10～11), 급격확대관(11～12)의 수두차를 다관 마노미터로부터 읽는다.
마) 유량을 변화시키면서 여러번 실험을 반복한다.
2) 관부속품
가) 유체관로의 주손실 실험의 실험방법 가)～다)과 동일하게 한다.
나) Tee관의 경우 밸브 ⓓ, ⓔ, ⓕ, ⓖ를 완전히 개방한다.
다) 밸브 ⓐ와 로터미터를 이용하여 유량을 조절한다.
라) 위치 1, 2, 13에서의 수두를 다관 마노미터로부터 읽는다.
마) Elbow일 때에는 밸브를 ⓕ, ⓖ만 열고, 다른 밸브는 잠근다.
바) 이때 지점 8, 9 의 수두차를 읽는다.
4 .실험 결과
4-1주손실 실험
모든 실험 자료는 실험 과정별로 평균치를 구하여 다음과 같은 결과선도를 작성하여 1) 수두손실과 유량 2) 마찰계수와 레이놀즈수와의 관계를 검토한다.
Q(m3/h)
Q(m3/s)
V(m/s)
h(m)
f
Re
d=0.0365m
L=0.83m
1.0
0.000277
0.265
0.006
0.0737
4483.7
2.0
0.000556
0.531
0.007
0.0213
8970.7
3.0
0.000833
0.797
0.045
0.0611
17941.4
d=0.028m
L=1.19m
1.0
0.000277
0.450
0.0015
0.0034
5845.6
2.0
0.000556
0.903
0.02
0.0113
11693.9
3.0
0.000833
1.354
0.12
0.0302
23387.7
d=0.0208m
L=1.19m
1.0
0.000277
0.816
0.06
0.0309
7871.1
2.0
0.000556
1.637
0.17
0.0217
15740.2
3.0
0.000833
2.453
0.19
0.0108
31482.4
Darcy-Weisbach의 식 : ↔ 으로부터 Darcy 마찰계수 f를 실험적으로 결정하였다. 그리고 매끈한 파이프에서 인 난류유동의 경우에 적용되는 Blasius의 실험식()을 이용 Re수를 구했다. 또한 Moody 선도를 통하여 각 Re수에 대한 이론적 관 마찰계수 fth를 얻어내어 비교해보고 싶었으나 상대조도를 알 수 없어 Re수를 알 수 없었다. 그 뿐 아니라 상대조도를 매끈한 관이나 다른 값으로 놓고 하려고도 하였으나 그 변동폭이 커서 일정된 값을 얻지 못하였다.
주손실 실험의 결과표
4.2 부손실 실험
수두손실과 유량과의 관계를 도시하고 이를 이론곡선과 비교하여 본다.
부손실 실험의 실험결과표 (급격확대 및 급격 축소판)
()
(mm)
(mm)
1
0.03
0.3095
0.5
0.009
0.0928
0.6
2
0.032
0.0819
0.5
0.01
0.0256
0.6
3
0.075
0.0856
0.5
0.011
0.0125
0.6
급격 확대 및 축소관에 대한 부차적 손실은 손실계수 K로서 정의 될 수 있다.
즉, 으로 표현되는데, 실험적으로 h를 구했으므로 K를 결정할 수가 있다.
↔ 으로 K를 결정하였다. 이로써 이론적으로 결정되는 Kth값과 비교를 해 볼 수 있다. Kth는 AR(Area Ratio=A1/A2)의 함수이므로 AR=0.192를 이용하여 표로부터 얻어낼 수 있었다. hth는 이 Kth값을 바탕으로 결정된 값이다. (D1=36.5mm, D2=16mm) 아래 Fig. 24를 통해 이론 값을 추론한다.
부손실 실험의 실험결과표 (관부속품)
Tee
Elbow
()
(mm)
(mm)
1
0.01
2.6439
1.8
0.003
0.7932
0.9
2
0.06
3.9373
1.8
0.005
0.3281
0.9
3
0.09
2.6312
1.8
0.007
0.2047
0.9
관 부속품은 무차원 상당(등가) 길이인 Le/D로서 결정된다.
즉, 에서 급격확대 및 축소에서와 마찬가지로 K는 실험적으로 결정할 수 있다. 이론적인 손실을 구하기 위해 주 손실에서 구한 Re수와 매끈한 관이라는 가정하에 Moody선도로부터 관 마찰계수 f를 구하고 표로부터 무차원 상당 길이를 찾아 손실계수 Kth와 수두손실 hth를 결정하였다. (D=0.0365m) 그러나 역시 실험값의 오차가 대단히 심하므로 이 방법 말고 다른 방법으로 하였다. Table 4에 보면 Tee관과 Elbow의 값이 주어져 있으므로 그 값을 통해 을 구하고 hth의 값을 구하였다.
5. 결 론
<급격확대>
유동이 급격히 확대된 관을 흘러갈 경우 모서리 박리유동이나 정체된 부분에서 전단력은 무시 될 수있다. 그래서 확대부분과 박리 구역의 끄트머리 사이를 검사체적으로 하여 해석하면 이론적으로 손실을 구할 수 있다.
하지만, 윗 식은 마찰에 의한 주손실을 포함하고 있기

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유체,   실험,   관로,   주손실,   부손실,   주부손실