노즐성능예비

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목차

목차

R E P O R T
-노즐성능 시험 (예비)-

1. 실험목적 및 개요

2. 기초이론
(1) 노즐의 정의
(2) 노즐의 기초공식
(3) 노즐의 단열 효율
(4) 노즐에서의 분출속도
(5) 초우킹(choking) 현상(질식현상) 이란?
(6) 일상생활에 사용되는 노즐의 실제 사용예


결과 R E P O R T

1. 실험결과 Data

2. 계산과정

3. 실험결과 Data Sheet

4. 실험결과 그래프
(1) 입구압력 및 배압에 따른 노즐효율
(2) 입구압력 및 배압에 따른 제트의 속도

5. 결론 및 고찰

본문내용

re
[kPa]gage
100
200
300
100
200
300
100
200
300
Air mass flow rate
[g/s]
3.83
3.6
3
3.8
3.5
3.2
3.8
3.5
3.46
Chamber temp.
[℃]
19
19
19
19.5
19
19.4
19.5
19.5
19.5
Cantilever deflection
[mm]
0.22
0.13
0.05
0.23
0.12
0.035
0.19
0.115
0.04
Nozzle efficiency
[%]
27.33
18.31
8.57
30.29
16.51
3.68
20.67
15.13
4.12
2. 계산과정
(1) 제트의 실험속도 :
(2) 제트의 이론속도 :
(3) 이론질량 유량 :
(A : π/4*(0.002)^2(㎡), P : 압력(kN/㎡), T : 온도(K))
(4) 압축비 :
(5) 등엔트로피 엔탈피 변화량 :
(6) 이론 엔탈피 변화량 :
(R=0.2872 (KJ/kgK), r=1.4)
(7) 노즐의 효율 :
(8) 노즐의 이론 효율 :
3. 실험결과 Data Sheet
Nozzle NO.
(exit/throat)
#1 (1.0)
#3 (1.4)
#5 (2.0)
Inlet Pre- ssure [kPa]
400
400
400
Chamber Pr-
essure [kPa]
100
200
300
100
200
300
100
200
300
실제속도 C2
[m/s]
191.85
120.61
55.67
202.16
114.51
36.53
167
109.74
38.61
이론속도 C2
[m/s]
366.99
281.87
190.13
367.31
281.87
190.25
367.3
282.11
190.29
실험유량 [kg/s]
0.00383
0.0036
0.003
0.0038
0.0035
0.0032
0.0038
0.0035
0.00346
압축비
0.4
0.6
0.8
0.4
0.6
0.8
0.4
0.6
0.8
이론 h1-h2s
[kJ/kg]
67.34
39.73
18.07
67.46
39.73
18.10
67.46
39.79
18.11
노즐효율
[%]
27.33
18.31
8.57
30.29
16.51
3.68
20.67
15.13
4.12
4. 실험결과 그래프
(1) 입구압력 및 배압에 따른 노즐효율
(2) 입구압력 및 배압에 따른 제트의 속도
5. 결론 및 고찰
이번 실험에서 알아보고자 한 것은 노즐의 형태에 따른 효율을 계산하는 것이었다. 실험 데이터를 토대로 계산을 한 결과 막연히 생각했던 이론상의 효율과는 상당한 차이가 있었다. 등엔트로피 과정을 거치는 이상 노즐의 효율은 아마도 100%일 것이라 생각하는데, 실험에서 구한 수치는 대략 10-30%정도 였다.
그 이유를 생각해보면 다음과 같다. 우선 실험 장치를 살펴 보았듯이 측정기기가 모두 아날로그 방식이었다. 아날로그 방식의 실험장치는 외관상 구식이고 조작이 불편하지만 실험의 자세한 과정과 원리를 파악하는 데는 널리 선호되고 있다. 하지만 측정에 있어서의 많은 오차는 감수를 해야 했다. 측정하는 사람에 따라서 압력 게이지, Cantilever deflection과 유량을 측정하는데 차이가 있었을 것이다. 측정 바늘의 미세한 움직임에 반응하다 보니 측정의 정밀함을 장담할 수가 없었고 또한, 유량을 측정할 때 미세한 떨림까지 측정하기가 곤란하였다. 실제로 이론 유량을 구해봤을 때 실험 측정치와 상당한 차이가 있었다.
또한, 압력 조절시에 실험실 밖에 있는 compressor의 상태에 따라서 inlet pressure와 chamber pressure 사이에 압력이 불규칙하게 변동하여 실험과정 중에 오차가 발생했을 것이라 생각한다. 가능한 모든 조건을 포함할 수 있는 비엔탈피를 구해서 효율을 구하는 것이 그나마 오차의 범위를 줄이는 방법이 될 것이고 이번 실험에서도 그것을 이용하였다.
노즐을 통과하는 유체가 충격, 팽창, 마찰, 열전달 등의 효과로 에너지를 빼앗겨 전체적인 운동량이 작아진 것도 원인이라 하겠다. 계산결과에서 확인할 수 있듯이 실제 제트분류의 속도와 이론속도와는 큰 차이가 있었고 실제의 값이 이론값 보다 훨씬 작았다.
이번 실험을 통해서 노즐의 입구와 출구의 단면적과 압력의 변화에 따라 효율이 어떻게 변화하는지 알 수 있었다. 노즐의 특성상 노즐의 목지름에 대한 출구의 단면적에 따라 효율과 제트의 분류속도가 달라지게 되고, 실제 노즐의 설계에서도 이것을 고려하여 최적의 효율이 나올 수 있게 출구 단면적에 대한 설계를 하고 있다.

키워드

노즐성능,   보고서,   기계실험,   압력,   실험,   결과,   고찰