[실험보고서]관부품에 따른 마찰계수

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목차

1. 실험제목 : 관 부품에 따른 마찰계수
2. 실험목적
3. 이론적 배경
(1) 직관에서의 두손실
(2) 관의 확대, 축소에 의한 손실
(3) 관 부속품의 압력손실
4. 실험 방법
5. Data 결과
(1) Gata valve를 열고 Globe valve를 닫을 경우
(2) Globe valve를 열고 Gate valve를 닫을 경우
6. 계산 과정
7. 특이 관찰 사항

본문내용

손실이 생기므로 두손실은 관삽임물과 같은 크기의 두손실을 가지는 직관의 길이로 환산한 상당길이(equivalent length. le)를 구해서 마찰 손실을 구해야 한다.
※ valve 의 종류
gate valve
globe valve
공기식 작동 조절밸브
check
valve
lift check
ball check
swing check
※ 관부속품의 상당길이
관부속품
상당길이 ℓ
관부속품
상당길이 ℓ
union, couple
0
90˚ elbow
32
tee
40 ~ 80
gate valve (open)
0 ~ 7
cross
50
(3/4 open)
10 ~ 40
90˚ bend
10 ~ 25
(1/2 open)
100 ~ 200
angle valve (open)
170
(1/4 open)
800
glove valve (open)
180 bend
75
1\"~21/2\"
45
45˚ elbow
15
3\"~6\"
60
원판형 수량계
400
7\"~10\"
70
피스톤 수량계
600
비압축성 유체가 흐르는 유로내의 임의의 2개의 단면 간에서 기계적 에너지 수지식은 운동에너지, 위치에너지, 압력에너지, 펌프 등의 외부 일, 유체의 점성에 의한 마찰손실의 항으로 나타난다.
여기서 Z : 기초면으로부터의 높이 P : 정압 u : 유속 : 유체의 밀도 F: 마찰
: 에너지 보정계수 g : 중력가속도 gc : 중력가속도 환산인자 W : 펌프 일
두(head) 손실로 나타내기 위해 각 항을 로 나누고 정리하면
를 마찰손실두라 하고 이를 관부속품들의 입구와 출구에 대한 마찰손실두에 도입 하여 로 간단하게 표시한다.
※ 관부품
1) 곡관 (Bend pipe)
곡관에서 굽어지는 부분을 살펴보면 원심력 때문에 안쪽의 압력은 강하하고, 바깥 쪽의 압력은 높으므로, 관벽부근의 유체는 벽면을 따라 바깥쪽에서 안쪽으로 향하고, 속도가 큰 중심부근의 유체는 느려져 안쪽에서 바깥 측으로 향하게 된다. 그리하여 일종의 2차 흐름이 생기게 된다. 이와 같은 영향에 의해 곡관에서 손실은 직관의 경 우보다 크게 된다. 이를 마찰두손실로 표현하면
2) 관부품에서 압력손실두
관의 elbow, tee 등 연결부 또는 valve에서 압력 손실이 발생하게 된다.
여기서
마찰계수
ℓ
상당길이
연결부에서나 밸브에서 압력손실 계수
연결부에서의 압력손실 두 []
난류일 경우 ℓ의 값은 일정하며, 표준관 부품의 압력손실 계수(kf)와 상당길이(ℓ)는 다음 표와 같다.
순번
관부품
Kf
ℓ
순번
관의 종류
Kf
ℓ
1
글로브 밸브
10.0
300
4
밴드 (180˚)
2.2
75
2
앵글 밸브
170
170
5
엘보우 (90˚)
0.9
32
3
게이트 벨브
0.2
5
6
티 (T형)
1.8
50
4. 실험 방법
① 수은 온도계를 통하여 수조의 온도를 측정한다 ⇒ 점도, 밀도 측정
② pump를 사용하여 Gate valve는 잠근 상태로 Globe valve로 유량을 조절해 Rotameter 눈금 을 읽는다.
③ Globe valve로 조절된 유량으로 인해, 압력차에 의해 변화된 마찰손실장치의 부속품들에 미리 설치된 manometer의 눈금을 읽는다.
④ 유량을 조절하며 3회 실시한다.
⑤ 실험 ②에서와 같은 방법으로 Globe valve는 잠근 상태로 Gata valve로 유량을 조절하며 Rotameter의 눈금을 읽는다.
⑥ 실험 ③, ④와 같은 방법으로 Manometer 눈금을 읽는다.
5. Data 결과
(1) Gata valve를 열고 Globe valve를 닫을 경우
관부품
실험횟수
유량
[ℓ/min]
914㎜ of 13.8㎜
STRAIGHT PIPE
90˚ MITRE
STANDARD
90˚ ELBOW
GATA VALVE
입구
출구
입구
출구
입구
출구
입구
출구
1회
8
21.5
12.5
92.0
79.0
39.6
28.3
21.5
53.5
2회
10
21.3
9.6
93.5
75.5
39.8
24.3
23.8
51.0
3회
12
21.1
3.9
95.9
69.1
39.8
17.0
27.8
46.8
(2) Globe valve를 열고 Gate valve를 닫을 경우
관부품
실험횟수
유량
[ℓ/min]
26.2㎜ STRAIGHT PIPE EXPNSION
50㎜ RADIUS
100㎜ RADIUS
13.8㎜ - 26.2㎜
26.2㎜ - 13.8㎜
입구
출구
입구
출구
입구
출구
입구
출구
1회
8
29.8
28.0
29.6
22.5
44.3
35.5
49.6
40.2
2회
10
29.2
27.8
29.3
18.5
43.9
31.2
49.5
35.5
3회
14
28.6
25.3
28.7
14.4
43.5
26.7
49.4
30.9
150㎜ RADIUS
GLOBE VALVE
입구
출구
입구
출구
50.5
42.3
21.8
53.9
50.0
38.0
24.6
51.1
49.0
30.4
27.5
48.2
6. 계산 과정
1) 유량의 단위 환산
ℓ
ℓ
2) 관 단면적(D)
3) 유 속(u)
일차원 정상상태 일차원 연속의 식을 이용하여 유속을 구한다
4) 밀도 및 점도 단위환산
※ 물의 물성 값
온 도
밀 도
점도
24℃
0.9973[g/㎤]
0.9142[㎏/ms]
※ 밀도의 단위환산
※ 점도의 단위환산
5) Reynolds number 계산
관계식 ⇒
t = 24℃ 에서 ,
, 일 때 Reynolds number를 구하면...
계산>
← 무차원
6) 마찰계수(K)
① Expansion
관계식 ⇒
← 무차원
② Contraction
관계식 ⇒
← 무차원
③ Elbow, Mitre, Bend pipe
관계식 ⇒
← 무차원
④ Straight pipe
관계식 ⇒
← 무차원
⑤ Valve
관계식 ⇒
(T=24℃에서 수은
물 )
7) 마 찰(F)
관계식 ⇒
위 그래프들은 실험에서 사용한 관들의 마찰계수를 비교해놓은 그래프들이다. 위의 그래프를 보게되면 마찰은 유량이 증가함에 따라서 마찰계수 K는 감소한다는 것을 볼 수가 있고, 유량이 증가함에 따라서 마찰계수가 감소하는 이유는 수두차와 K는 서로 비례관계인데 유량이 증가할수록 마찰은 감소해서 그런것 같다
7. 특이 관찰 사항
이번 실험을 하면서 우리조는 실험이 어디에선가 잘못

키워드

유체역학,   관부품,   관마찰,   마찰계수,   관부품에 따른 마찰계수,   마찰