유체역학실험 - 유량측정 실험

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유체역학실험 - 유량측정 실험에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

벤투리 유량계의 입구와 목부분의 수두차를 다관 마노미터로부터 읽는다.
6) 노즐 유량계와 오리피스 유량계의 실험도 벤투리 유량계 실험과 동일한 방법
으로 수행한다.
7) 실험이 모두 끝나면 전원 스위치를 내리고 배수 밸브모두를 열고 메인 밸브도 열어 물이 완전히 빠지게 한다.
4. 실험 결과 및 토의
에서 을 통해 각 유속을 구할 수 있었다.
여기서 d 값은 실험장치에서 벤투리 오리피스 노즐의 주어진 직경값을 이용해 계산했다.
그리고 벤투리 오리피스 노즐의 Re를 구할 때
물의 온도 : 20℃, 밀도ρ(kg/㎥) : 998.2, 점성계수μ(kg/ms) : 의 값을
식에 대입하여 구할 수 있었다.
가. 벤투리 유량계 (venturi flow meter)
횟 수
(㎥/h)
(㎥/s)
(m/s)
(m)
(C)
Re
1
1.0
2.778
5.232
0.015
0.831
1351.09
2
1.5
4.167
7.848
0.036
0.805
2026.64
3
2.0
5.556
10.464
0.061
0.824
2702.19
4
2.5
6.944
13.080
0.082
0.889
3377.73
5
3.0
8.333
15.696
0.120
0.882
4053.28
유량계수 C는
이 식에 각 값을 대입해 정리해서 구할 수 있었다.
위 그래프를 보면 벤투리로 측정한 유량 값과 실제 측정한 유량값 사이에 차이가 있는걸 볼 수 있다. 우선 벤투리로 측정한 유량은 펌프 유량 조절 밸브를 조절해 가며 벤투리 내에 흐르는 유량을 임의로 조정해가며 5회에 걸쳐 각 유량에 따른 수두값을 측정하여 Q=AV를 통해 계산했다. 그리고 실제 유량은 벤투리 측정 유량에 유량계수를 곱해준 값이다. 이런 오차가 발생한데에는 실험시 벤투리 관내에 기포와 수두차를 측정할 때 눈금을 읽을때의 오차가 원인으로 생각된다. 그리고 위 그래프를 보면 Re와 유량Q는 서로 비례하는 관계에 있음을 알수 있다. 즉 유량이 증가함에 따라 Re수도 점점 커졌다.
나. 오리피스 (orifice)
횟 수
(㎥/h)
(㎥/s)
(m/s)
(m)
(C)
Re
1
1.0
2.778
1.224
0.051
1.224
2066.37
2
1.5
4.167
1.836
0.043
1.999
3099.57
3
2.0
5.556
2.448
0.054
2.379
4132.76
4
2.5
6.944
3.059
0.054
2.974
5165.95
5
3.0
8.333
3.671
0.055
3.536
6199.14
유량계수 C는
이 식에 오리피스의 주어진 직경값 D=0.17m를 대입해 구할 수 있었다.
위 orifice 실험결과 그래프를 보면 벤투리의 경우보다 오차가 큼을 알 수 있다. 특히 유량이 커질수록 그 오차 범위는 점점 더 커졌다. 그 원인으로 벤투리는 단면이 점차적으로 축소되는 반면에 오리피스는 급격히 관의 단면이 축소됨으로써 일어나는 수두손실과 관내의 기포에 의한 영향으로 생각된다. 즉 유량이 많아질수록 오리피스 입구부에서의 압력차가 점점 더 커짐에 따라 수두손실이 커진 것으로 생각된다.
다. 노즐 (nozzle)
횟 수
(㎥/h)
(㎥/s)
(m/s)
(m)
(C)
Re
1
1.0
2.778
0.980
0.04
1.107
1848.86
2
1.5
4.167
1.470
0.048
1.515
2773.30
3
2.0
5.556
1.959
0.077
1.595
3697.73
4
2.5
6.944
2.449
0.177
1.315
4622.16
5
3.0
8.333
2.939
0.225
1.400
5546.60
유량계수 C는
이 식에 오리피스와 똑같은 방법으로 노즐의 주어진 직경값 D=0.19m를 대입해 구할 수 있었다.
위의 그래프를 보면 orifice의 그래프처럼 유량이 커짐에 따라 실제 측정한 유량과 유량계수값을 곱해준 실제 유량값의 차이가 커짐을 볼 수 있다. 노즐은 관내에 오리피스 대신에 노즐을 사용한 것으로 그 원리와 계산법은 오리피스와 똑같다. 다만 오리피스와 노즐의 차이를 들자면 노즐은 둥근 유입부와 이것에 이어지는 원통부로 되어있어 오리피스처럼 유체가 흐르는 단면이 급격히 변하지 않는다는 점이다.
4-1 토의
세 가지 교축 유량계 실험장치를 통해 유량측정을 해본결과 오차정도가 벤투리, 노즐, 오리피스 순으로 적게 나오는 것을 알 수 있었다. 보통 실제 유량을 구할 때 실험식을 통해 유량계수값을 매번 구하지 않고 실험값을 예를 들어 벤투리 경우 보통 0.96～0.99의 값을 대입해 계산하는데 이번 실험에서는 이론적인 공식을 대입해 매번의 유량계수를 각각 산출해서 계산했다. 실제로 유량계수값이 실험값의 범위에서 벗어나 있었는데 이는 실험시 조건이 다른 상황에 의한 것으로 생각되어진다. 예를 들면 실험시 유량, 벤투리관의 직경 수두눈금을 읽을때의 오차 유체의 온도에 따른 각 제원이 일치하지 않기 때문인 것으로 생각된다.
따라서 위 실험 데이터만 가지고 볼대 벤투리의 경우는 약간의 오차를 감안하면 유량측정 데이터에 대한 신뢰도가 있었지만, 나머지 노즐이나 오리피스의 경우는 유량이 커질수록 오차가 커져 유량측정시 신뢰도가 벤투리에 비해 훨씬 떨어짐을 알 수 있었다.
이번 실험을 통해서 관의 유체 흐름에 있어 베르누이 방정식이 어떻게 적용되는지 다시 한번 배울수 있는 계기가 되었다. 그리고 벤투리, 오리피스, 노즐의 원리 및 측정법등을 숙지할 수 있었다.
5. 참고문헌
1. 조운, 권양구 공저 2002
“최신 유체역학” 명원 p233～242
2.Robert W.Fox, Alan T, McDonald. sang-shin Yoo, sin-ho Bae, sang-ho Seo.,1994.,Fluid Mechanics.,
Four edition
3. sang-pil kim & han-joo yang ,1996, Fluid Mechanics, korea, Vol 499, P.3~30
4. McGraw-Hill, Frank M.White, 1994, Fluid Mechanics(8th), America,Vol 535, P.45~53
5. Hinze, J.O.. Turbulence, 2nd ed., McGraw-hill, New York,1975.

키워드

유체,   실험,   유량,   측정