레이놀드 수 측정 실험 결과 Report

본문내용

조절하여 실험장치의 수평을 맞추어 준다.
4. 급수호수의 벨브를 열어 수조에 무을 공급한다.
5. 수면을 일정하게 유지하여 주기 위하여 Overflow pipe를 넘쳐흐를 때까지 수조에 물을 공급한다.
6. 수조내의 온도를 측정한다.
7. Overflow 상태로 일정한 수면이 유지되면 실험에 필요한 유속으로 Control Valve를 조절하여 측정관 안으로 흐르는 물의 유속이 안정된 것을 확인한다.
8. 측정관의 유속이 안정된 후 색소통의 벨브를 조금씩 열어 색소액의 흐름을 가장 잘 관찰할 수 있는 양을 관의 중심으로 흐르게 하여 이때의 색소 유선을 관찰한다.
- 물의 유속조절시, 색소액의 양 조절시 등 장치내에 외부적인 진동이 작용하면 흐름형태의 변화가 있으니 모든 조작이 끝난 후 일정시간 여유를 두고 색소의 유선을 관찰하여야 한다.
9. 다음 그림1의 a와 같이 일직선상의 흐름이 이루어지면 이러한 흐름을 층류라 하며 이때의 유량()을 측정한다.
10. 정확한 유량측정 방법은 초시계와 메스실린더를 사용하여 배수 밸브로부터 일정한 유량을 받아 시간을 재거나 일정 시간을 받아 유량을 3번 이상 측정하여 평균값을 얻는다.
-장치에 부착된 계량조와 눈금자를 이용하여 대략적인 유량(유속)을 계산할 수도 있다.
11. 유량 조절 밸브를 점차적으로 개방하면 색소유선은 분명한 일직선이 되지 않고 흔들리기 시작하는데 이때의 유속에 해당하는 것이 상임계 레이놀드 수이다.
12. 다음 그림에서 a→b로 변하는 상태를 상임계 레이놀드수라 하는데 이때의 유량()를 측정한다.
13. 유량 조절 밸브를 더 개방하면 색소유선은 완전히 흐트러지는데 이때가 난류 흐름이다.
14. 그림2의 d의 상태에서 유량 ()을 측정한다.
15. 유속을 충분히 크게 하여 완전히 난류 상태로 만든 후 유량 조절밸브를 서서히 닫아주면서 유속을 점차 감소시키면 색소 유선이 흐트러진 상태에서 직선으로 변하기 시작하는데 이때가 하임계 레이놀드 수이다.
16. 이때의 유량()을 측정한다.
17. 위에 1.에서 16항까지의 과정을 반복하여 실험하고 다음장의 data표에 기록한다.
c d
- 실험 사진
-층류
-전이현상
-난류
- 유속의 변화에 대한 레이놀즈수의 관계
6. 고 찰
이번 실험은 유체가 관을 통해 흐를 때 잉크를 흘려보냄으로써 그 흐름 양상을 관찰하고, 그때의 유량과 유속을 측정, Reynolds Number를 계산함으로써 그 흐름 양상을 구분해 보는 실험이었다.우리는 유속을 변화시켜가면서 유체흐름의 변화를 관찰하고 그것을 세가지 영역(층류,전이,난류)로 구분지어 보고, 실제 그 흐름의 레이놀즈수를 구해봄으로써 눈으로 볼 수 있는 층류 및 난류의 형태가 실험적으로 맞는가를 알아보았다.
실험시 오차원인은 많이 있었다. 가장 큰 것은 난류상태의 흐름을 육안으로 관찰하기 힘든부분이 있었다.
유량[유속]을 각기 다르게 했을때 조그만 차이에도 유선의 형태가 각각 다르게 나타남.
이론적으로 알고 있는 것은 극히 일반적인 형태임을 알 수 있었다.
그리고 물의 수위를 맞추는데서도 오차가 발생했다. 일정한 수위를 맞춘다고 맞추었지만 정확하지는 못했다. 사람이 임의로 공급량을 조정하기 때문.유량측정시에도 물을 받는 사람과 시간을 재는 사람이 정확히 일치할 수 없기에 이 오차도 생각할 수 있었다.
유량에 따라 유체는 어떠한 흐름을 가지고 움직인다. 이때 전체적으로 고른 층을 이루며 흐르는 흐름을 층류라고 하고, 불규칙한 흐름을 보이는 것을 난류라고 한다.
이러한 층류, 난류를 판정하기 위해서 레이놀즈수라는 무차원수를 이용한다.
눈으로 층류의 흐름과 난류의 흐름을 분별하기 위하여 관내의 물이 흐를 때, 적정량의 잉크를 분사하여 그 잉크의 흐름을 관찰하여 보았다. Re 가 2000이하인 층류의 흐름일 때에는, 물의 속도가 느려 잉크역시 일정한 직선을 가지고 천천히 움직이는 것을 확인 할 수 있었다. 난류에 가까워질수록 잉크선이 점점 퍼져나가며 흐르는 것을 볼 수 있었으며, 난류상태에서는 잉크의 선을 뚜렷하게 볼 수 없을 정도로 흔들리며 퍼져 나가는 것을 확인 할 수 있었다. 실험을 하다보면, 잉크를 분사할 때 잉크가 관 끝으로 번지는 현상이 일어나서 확연한 선을 볼 수는 없었지만, 전체적인 흐름의 따라 잉크선의 형상이 변하는 것은 확인 할 수 있었다. 처음 시험을 제외하고 유량을 크게 해서 그런지, 난류의 흐름이 나타나, 시험 마지막에는 층류의 형상을 제대로 확인 하고자 유량을 크게 줄여, 뚜렷한 층류의 흐름을 볼 수 있었다.
7. 참고문헌
김승재외 2명 "단위조작" 동화출판사, 서울, 1996. ☞ p363
김학준 "단위조작실험“ 경남대학교출판부, 경남. 1998. ☞ p35, 36, 83
노윤찬외 3명 “단위조작실험” 도서출판 진영사, 서울. 1999. ☞ p2-23
박동원 “화학공학” 동아대학교출판부, 부산. 1999. ☞ p77, 78
-W. L. McCabe, J. C. Smith and P. Harriott, "Unit Operations of Chemical
8. 부 록
레이놀즈수를 구하는 또 다른 방법은 아래와 같다.
1) 유로의 흐름중에 있는 임의 물체의 대표적인 길이를 L 이라 하고, 유 체의 유속(관벽으로 부터 충분히 떨어진 위치에 있는 유속)을 v,
유체의 η,밀도는ρ,동점도를 ν라 하면 레이놀즈수 Rd는 다음과 같다
2) 관로내의 흐름 등을 비교하는 경우에 대표적인 길이로서 관로의 직경 (D)또는 관로 반경(R)을 이용하고, 유체의 평균유속을 v로 했을때,
관로의 직경을 이용시와 레이놀즈수 RD와 반경을 이용했을때,
레이놀즈수 RR 은 아래와 같고 RD = 2RR 이다,
3) 관로내 차압식 유량 검출소자가 부착되어 있는 경우에 대표적인 길이 로서 조리개의 직경 d를 이용하고, 조리개 부분의 유체 평균 유속을 v로 했을 때 오리피스가 취부되어 있는 레이놀즈수 ReD 는 다음과 같 은 식으로 된다.
4) 관로내 관로의 직경(D)를 대표적인 길이로 하고,평균유속 대신 체적 유량 Q와의 관계로 부터 구해지는 레이놀즈수 ReD 는
을 나)에서의 결과식에 대입하고, RD를 ReD로 바꾸면 다음과 같다.

키워드

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