관로마찰실험

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관로마찰실험에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

이트 밸브를 연다.
4) 측정하고자 하는 관의 출구 밸브를 열고 나머지 관들의 출구 밸브는 모두 잠근다.
5) 펌프 토출구의 밸브와 관 출구의 밸브의 개폐 정도를 조절하여 상부의 탱크에서 물이 넘치지 않도록 한다. (이때 대기에 노출된 다관 마노미터 액주의 수두 높이가 변화하지 않게 한다.)
6) 측정하는 관에 설치된 압력 탭 위치에서의 압력들을 수두 높이로 기록한다.
7) 유량을 기록한다.
8) 다른 관에 대해서도 과정 d부터 g까지를 반복한다.
9) 유량을 변화시켜서 과정 d부터 h까지를 반복한다.
10) 자료를 정리하고 결과를 계산하고 실험 결과를 다른 자료와 비교한다.
- 관의 마찰계수와 레이놀즈수의 관계 : Moody 선도와 비교
- 이음의 손실계수 : 유체역학 교재 혹은 부록의 자료와 비교
- 유량계의 토출계수와 레이놀즈수의 관계
11) 결과 분석에 대한 토의를 한다.
5. 결과
1) 직관의 주손실 ( )
①L(관의길이) : 110 = 1.1
②D(관의직경) : 37.7 = 0.0377
③A(관의 단면적) :
④Q(유량) :
⑤V(속도) :
⑥(수두) :
⑦(마찰계수) :
⑧(레이놀즈수-Moody선도와 비교할 때 필요하다. ) : 우리가 여기서 구하는 레이놀즈수는 15℃의 물을 기준으로 측정한 것이다. (15℃에서 물의 동점성 계수 : )
⑨Moody선도와의 비교 : Moody 선도에서 보이는 이론값과 우리가 구한 실험값과의 비교
○ 빨강색 값은 에 맞는 이론값이고 파란색 값은 실험값이다.
○Moody선도로 구한 이론마찰계수 : 0.023
실험으로 구한 마찰계수 : 0.0173
2) 90° 곡관의 부손실 (손실계수를 나타냄으로서 이론과 실험값을 비교한다.
: )
①D(관의직경) : 37.7 = 0.0377
②A(관의 단면적) :
③Q(유량) :
④V(속도) :
⑤ :
⑥K(손실계수) :
⑦밸브, 엘보우, 티에서의 손실계수, 와 실험값을 비교
○우리가 실험에 사용한 37.7mm의 공칭직경을 가진 나사식관의 직경을 inch로 변환하면 1.4843in 약 1.5in 나온다. 보간법으로 1.5in의 손실계수 K값을 구하면 1.225가 나온다.
○이론값K(1.5in직경) : 1.225
실험값K(37.7mm,약 1.5in) : 0.506
3)벤츄리와 노즐의 토출계수 ( 벤츄리와 노즐의 토출계수를 구한다음 레이놀즈수에 따른 토출계수를 나타내고 있는 표와 비교한다. )
3-1)벤츄리의 토출계수( , )
① (관의직경) :
② (관의 단면적) :
③ (수두) :
④ (유량) :
⑤ (토출계수) :
⑥ (속도) :
⑦(레이놀즈수) : 우리가 여기서 구하는 레이놀즈수는 15℃의 물을 기준으로 측정한 것이다. (15℃에서 물의 동점성 계수 : )
○밑의 표에서 보여지는 값과 비교해보면 레이놀즈수 32574.123에 대한
이론값 : 그래프와 만나는 값이 없다. 하지만 최소한 0.957정도는 되어야 한다.
실험값 : 1.355
3-2) 노즐의 토출계수(, )
① (관의직경) :
② (관의 단면적) :
③ (수두) :
④ (유량) :
⑤ (토출계수) :
⑥ (속도) :
⑦ (레이놀즈수) : 우리가 여기서 구하는 레이놀즈수는 15℃의 물을 기준으로 측정한 것이다. (15℃에서 물의 동점성 계수 : )
○밑의 표에서 보여지는 값과 비교해보면 레이놀즈수 18347.37에 대한
이론값 : 0.935
실험값 : 2.823
6. 오차분석 및 고찰
○오차
종류
비교방법
이론값
실험값
오차율(%)
직관
마찰계수 ()
0.023
0.0173
24.78%
90° 곡관
손실계수 (K)
1.225
0.506
58.69%
VENTURI
토출계수 ()
0.957
1.355
41.59%
NOZZLE
토출계수 ()
0.935
2.823
201.9%
○오차분석
실험분석 후 오차에 대하여 심각하게 고려해보지 않을 수 없었다.
가장 눈에 부분이 토출계수가 벤추리,노즐상에서 1을 넘는 부분이다.
실제 실험에서 측정되는 유량은 항상 이론 유량 값보다 작아야하며 따라서 이론과 실제의 값은 절대 1을 넘을 수 없어야 하지만 실험 결과에서 보여주듯이 벤추리 노즐에서 각각1.3
,2.8로 이상적은 유량계보다 결과로만 본다면 더욱 우수한 성능인 듯하다. 하지만 이 오차는 상식적으로 있을 수 없음은 당연하다. 오차의 원인을 생각해 보자. 가장먼저 실험 장비의 노후에서 오는 변수들의 순간적인 변화 이다. 특히 이번실험은 모든 데이터가 압력의 차이로 얻어지기 때문에 압력의 측정이 가장중요 한 부분이었다. 하지만 장비의 노후에 따른
비닐튜브에서 이어지는 다관나노미터에 의한 압력측정에서 비닐튜브 입구 쪽에 일어나는 강한 seperation 과 난류의 흐름은 정확한 전압측정에서 계속적으로 동압의 변화로 간섭하여 정확한 압력측정이 어려웠다. (변화가 심하여서 여러 번 측정 후 평균값으로 계산함)
또한 직관 및 곡관의 마찰계수 손실계수의 측정에서 내부 조도부분에서 노후장비의 문제로 인해 손실이 이론값 보다 더욱 클 것이라 예상할 수 있다. 그래도 상대적으로 외부의 변수들의 영향을 덜 받는 직관에서의 오차는 다른 실험들의 오차보다 상대적으로 적은 오차를 낸 것을 본다면 마찰에 영향을 미칠 수 있는 외부 요인들이 많을수록 오차의 크기가 커짐을 알 수 있다.
그 다음 오차의 발생 원인으로는 유량을 공급하는 모터동력의 불안정이다. 실험 측정 중 파이프관으로 일정한 유량을 공급해 줘야 하지만 실험 시 순간적인 유량 증가나 감소는 측정 데이터의 신뢰성을 크게 낮추었다.
○고찰
이번 실험에서 우리는 유체의 파이프내의 유동상에서 실제 일어날 수 있는 주손실과 부손실을 측정하였다. 이론적으로 배우는 내용이 실제 파이프내 유동에서도 충분히 적용가능하다는 충분한 근사를 앞의 오차분석 내용에서 열거한 이유 때문에 이루지는 못했다.
하지만 압력차로 나타나는 정확한 데이터 값 외에도 거시적으로 볼 수 있는, 관내의 유동이 길어지면 길어질수록 또는 유동에 변화를 주는 요인(엘보우관 , 노즐 또는 관내의 거칠기등)이 많아지면 압력강화가 확실히 나타남을 눈으로 직접 확인 할 수 있는 기회가 되었다.

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