레이놀즈수

소개글

레이놀즈수에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 목 적
2. 이 론
3. 응용분야
4. 실험 기구 및 시약
5.실험 방법
6.실험결과
7. 검 토
8. 참고 문헌

본문내용

갈 수 있는 것이다.
그렇다면 날아가는 모든 물체의 표면에 작은 돌기를 주어 공기 저항을 감소시킬 수 있지 않을까. 예를 들어 총알의 표면에 돌기를 주면 더 멀리 날아가게 할 수 있지 않을까. 애석하게도 돌기를 만들어도 물체의 크기와 속도에 따라 저항이 감소하는 것이 있고 그렇지 않은 것이 있다. 그 가능성 여부를 판단하는 것이 바로 레이놀즈 수이다.
레이놀즈 수에 따라 유체의 흐름은 층류유동과 난류유동으로 구분된다. 물체의 표면에 돌기를 주어 형상저항을 감소시키는 레이놀즈 수는 약 4만에서 40만 정도이다. 이 범위보다 레이놀즈 수가 커지거나 작게 되면 오히려 전체저항이 커지게 된다.
골프공이 날아갈 때의 레이놀즈 수는 약 5만에서 15만정도이므로 돌기를 만들어 형상저항을 줄일 수 있다. 탁구공의 레이놀즈 수는 4만보다 작기 때문에 탁구공의 표면은 일부러 매끄럽게 만든다.
시속 1백50km의 속도를 자랑하는 선동렬 선수의 야구공은 어떨까. 이 때의 레이놀즈 수는 30만 정도이다. 이정도 또는 이보다 느린 속도의 야구공은 실밥이 저항을 줄이는데 큰 역할을 할 수 있다. 실밥에 의한 유동이 난류유동이 돼 형상저항을 덜 받기 때문이다.
4. 실험 기구 및 시약
유성잉크, stop watch, 메스 실린더
레이놀즈 실험 장치
;급수 밸브, 착색액 용기통(잉크), 염료주입 cock, glass wool, 염료주입 노즐, 투명 측정관, 배수밸브, 유량 조절 밸브
5.실험 방법
(1)준비
㉠수조 내(물탱크)는 항상 물을 가득히 채운다.
㉡염료주입 노즐이 올바른 위치에 부착되어 있는지 확인한다.
㉢유량조절밸브 ②을 약 ½ 회전하여 열어준다. 그 후 수도 콕 ①을 서서히 열고 급수된 물이 넘칠 때까지 그대로 둔다.
(2) 주의 사항
급수시 물이 강하게 흐르면 액면에 물결이 생겨 정확한 측정이 안되므로 유입규에 glass wool을 대어 유입시 생기는 물결을 안정시킨다.
(3) 측 정
㉠수조에 물을 공급하여 항상 일정한 수두를 유지하게 over flow 시킨다.
㉡수조에 공급된 물의 온도를 측정하여 동점도(υ)를 구한다.
㉢수조 위에 있는 잉크 주입 용기에 잉크를 채운다.
㉣수조 내의 물이 투명 측정관을 통해 외부로 흘러나갈 수 있도록 유량조절 밸브 ②을 서서히 열어 유출 시킨다.
㉤염료(잉크)주입 콕을 열어 용액을 측정관에 흘러 보내 유량변화에 따른 잉크의 착색정도를 관찰한다.
㉥유량조절 밸브 ②을 서서히 열어 유량을 변화시키면서 흐름의 상태를 관찰한다.
(층류와 난류 상태를 본다.)
㉦유량의 측정은 저울대 위에 수기를 놓고 흘러 떨어지는 물을 받아서 유량을 측정하고 동시에 초시계로 유출시간을 측정한다.
㉧측정이 끝나면 밸브 ①을 닫고 열료주입 콕 ③을 잠근다.
㉨배수밸부을 열어 수조 중에 있는 물을 배수시킨다.
6.실험결과
※ NRE =
※ 동점도(υ) = 점도/밀도
(물의 온도: 8℃)
▶ 점도 : 1.386 cp
▶ 밀도 : 0.99988 g/cc
⇒동점도
※레이놀즈 수 구하는 식
ex) 실험1-①
～유량 : 365 ㎖
～시간 : 16.44 s
▶실유량 :
▶평균유속 :
▶NRE =
=
NRE : 레이놀즈 수(무차원의 수)
D : 관의 직경 ( 2㎝ )
G : 평균유속
υ: : 동점도
*실험 1*
유량(㎖)
시 간
(sec)
실유량(㎥/sec)
평균유속(m/sec)
레이놀즈 수
①
365
16.44
2.22
7.07
1020.26
층 류 (아주 곧게 나감)
②
650
15.70
4.14
1.32
1902.62
층류(곡선을 그리며 나감)
③
790
10.53
7.50
2.39
3447.75
전이 흐름
④
850
8.75
8.07
2.57
3709.61
전이 흐름
(③보다 흔들림이 심함)
⑤
920
8.43
1.09
3.48
5015.31
난 류
⑥
960
5.12
1.88
5.97
8616.65
난류(섞여서 잉크가 잘 안 보임)
*실험 2*
유량(㎖)
시간(sec)
실유량(㎥/sec)
평균유속(m/sec)
레이놀즈 수
①
840
38.13
2.20
7.02
1012.35
층 류
②
880
16.37
5.38
1.71
2470.42
전이흐름(층류처럼 보이나
물결치며 흐름)
③
850
12.88
6.60
2.10
3032.74
전이 흐름
④
895
10.89
8.22
2.62
3776.87
전이흐름(난류성이 더 많이 나타난다.)
⑤
825
6.63
1.24
3.96
5718.44
난 류
⑥
895
4.84
1.79
5.69
8213.11
난류(잉크 안 보임)
*실험 3*
유량(㎖)
시간(sec)
실유량(㎥/sec)
평균유속(m/sec)
레이놀즈 수
①
745
21.78
3.42
1.09
1571.94
층 류
②
800
14.80
5.41
1.72
2484.08
전이흐름 (이중흐름)
③
790
6.74
1.17
3.73
5386.47
난 류
④
885
5.08
1.74
5.55
8006.02
난 류
⑤
940
4.87
1.93
6.15
8870.25
난 류
⑥
885
3.76
2.35
7.50
10816.64
난류(잉크구멍에서부터 난류 흐름)
7. 검 토
속도 변화에 따라 잉크의 흐름이 변하는 것을 확인할 수 있었다.
레이놀즈 수가 2100이하인 곳에서는 이론과 같이 층류를 보이는데 층류에서도 레이놀즈 수가 클수록 굴곡을 그리며 흐른다.
전이 흐름에서는 물결을 치고 이중적 흐름이 나타나며, 4000에 다가갈수록 잠시 난류흐름이 나타나기도 한다.
레이놀즈 수가 4000이상인 곳에서는 섞여 흐르게 되는데 8000이상인 곳에서는 잉크가 소용돌이 치며 물과 섞여 흘러 흐름을 관찰하기 어려웠다.
우리의 실험 중 레이놀즈 수가 10816.64 에서는 잉크가 나오자마자 섞여 흐름을 보기 힘들었다.
속도가 커질수록 관성력이 점성력보다 커지는 난류의 흐름이 되는데 이 때, 속도가 커질수록 레이놀즈 수도 증가하는 것을 볼 수 있다.
8. 참고 문헌
※한국화학공학회 ; 화학공학실험법 ; 형설출판사(1988)
※이화영외역 ; 단위조작 ; 보문당(1994)
※박이동외역 ; 유체역학 ; 보성출판사(1993)
※고용식 저 : 단위조작실험 :선학출판사(2000)
※www.empas.com

키워드

레이놀즈수,   층류,   난류,   임계속도