열유체공학실험 자동차용 워터펌프 성능 측정

목차

1. 목적 및 개요
2. 이 론
3. 자동차용 워터 펌프의 KS 규격
4. 실험
5. 실험데이터 기록표
6. 보고서
7. 고찰

본문내용

.8721
32.19751
196
-0.411
0.058
1.44
4.697516
0.469
150.2957
527.5152
28.49126
232
-0.201
0.089
1.55
2.904647
0.29
110.0028
567.8115
19.37312
5500rpm
유량
(L/min)
흡입압력()
토출압력()
토크
()
양정
(m)
압력차
()
수동력
(W)
축동력
(W)
효율
(%)
1
-0.920
0.045
1.71
9.66
0.965
1.6
984.4
0
35
-0.914
0.051
1.93
9.66
0.965
55.2
1111.0
5.0
71
-0.873
0.058
2.04
9.32
0.931
108.1
1174.4
9.2
122
-0.802
0.068
2.10
8.71
0.870
173.5
1208.9
14.4
177
-0.650
0.096
2.30
7.47
0.746
215.9
1324.0
16.3
201
-0.571
0.113
2.38
6.85
0.684
224.8
1370.1
16.4
232
-0.480
0.132
2.47
6.13
0.612
232.1
1421.9
16.3
254
-0.413
0.156
2.65
5.70
0.569
236.3
1525.5
15.5
280
-0.321
0.177
2.66
4.99
0.498
228.0
1531.3
14.9
300
-0.264
0.201
2.67
4.66
0.465
228.1
1537.0
14.8
6. 보고서
1) 각 회전속도에 대하여 유량을 변화시키면서 양정, 축동력 및 효율을 구하라.
*3500rpm(Q=22.5/min일때)
*계산식
(압력차)
(수동력)
(축동력)
(효율)
구분
계산과정
양정(m)
압력차()
수동력
(W)
축동력
(W)
효율
(%)
*5500rpm(Q=25/min일때)
구분
계산과정
양정(m)
압력차()
수동력
(W)
축동력
(W)
효율
(%)
2) 유량을 x축, 양정, 축동력 및 효율을 y축으로 펌프의 특성 곡선을 그리고 설명하라.
3500rpm
5500rpm
<유량과 양정 그래프를 보면 서로 반비례의 관계임을 확인 할 수 있다. 양정이란 것은 펌프가 물을 퍼 올리는 높이를 말한다. 그러므로 당연 유량이 많아지면 양정이 줄어들 수밖에 없다. 유량과 축동력은 비례의 관계를 보여주고 있다. 3300rpm에서 좋은 그래프를 형성하고 있다. 유량이 많아지면 축동력이나 수동력이 크게 발생한다. 이번 실험에서는 수동력 보다는 축동력이 비교적 좋은 실험값이 나왔다. 축동력의 식이다. 유량이 커짐에 따라 토크 값이 커졌을 것이다. 수동력의 식이다. 유량과의 관계를 직접적으로 확인 할 수 있다. 마지막으로 유량과 효율 그래프를 보면 재미있는 현상을 확인 할 수 있다. 유량이 증가함에 따라 효율이 증가하는가 싶다니 정점을 찍고 점점 내려오는 양상을 보여주고 있다. 3300rpm에서 더욱 뚜렷이 알 수 있다. 총 효율이란 것이 체적효율 , 수력효율 , 기계효율 의 곱으로 나타난다. ,,
총효율 이렇다보니 축동력은 비례하고 양정은 반비례의 관계에서 이러한 현상이 발생되는 것이라 생각한다.>
3) 효율이 최대가 되는 설계 유량 를 구하라.
3500rpm
5500rpm
*3500rpm에서 효율이 최대가 되는 유량은 137L/min
*5500rpm에서 효율이 최대가 되는 유량은 201L/min
4) 비선형 Curve fitting을 통해 최대유량의 구하라.
*매트랩을 이용하여 곡선 접합을 해보았습니다.
①3500rpm
②5500rpm

function [a,r2] = linregr(x,y)
n=length(x);
if length(y)~=n, error('x and y must be same length'); end
x =x(:) ; y = y(:);
sx = sum(x); sy =sum(y) ;
sx2 = sum(x.*x); sxy =sum(x.*y); sy2 = sum(y.*y);
a(1) = (n*sxy-sx*sy)/(n*sx2-sx^2);
a(2) = sy/n-a(1)*sx/n;
r2=((n*sxy-sx*sy)/sqrt(n*sx2-sx^2)/sqrt(n*sy2-sy^2))^2;
xp =linspace(min(x),max(2),2);
yp=a(1)*xp+a(2);
plot(x,y,'o',xp,yp)
xlabel('횟수')
ylabel('유량')
grid on
7. 고 찰
-이번 실험은 대표적인 유체기계인 워터펌프를 통하여 유체기계의 성능특성을 알고자 하는 실험이었다. 이번에 실험한 워터펌프는 자동차의 워터펌프로써 냉각수를 순환시키기 위해 사용되는 원심형이다. 펌프의 여러 가지 성능을 알아보기 위해 유량에 따른 양정, 동력 및 효율의 관계를 알아보았다. 실험은 각자 맡은 임무대로 수행하니 수월하게 이루어졌다. 조금 힘든 점은 유량을 조절할 때 레버 힘 조절이 쉽지 않았다. 살짝 힘을 주면 아예 움직이지 않고 세게 힘을 주면 너무 많이 움직였다. 또한 백레쉬 때문에 레버 조절이 쉽지 않았다. 하지만 여러 번의 시도 끝에 성공하였고 횟수가 늘수록 레버를 조절하는데 익숙해졌다.
실험이 끝난 후 보고서를 쓰려는데 모르는 용어들이 많았다. 양정이니 임펠러, 디퓨저, 토출 등 그래서 인터넷과 책을 통해 용어의 의미를 알았다. 원심 펌프의 내부에 대해서도 익힐 수 있었다. 양정이란 것은 매우 간단한데 펌프가 물을 퍼 올리는 높이를 말한다. 새로운 용어를 익히게 되어 기뻤다. 본론으로 들어가 실험 결과를 보면 식에서도 알 수 있듯이 유량이 증가 할수록 양정은 감소 축동력 및 수동력은 증가함을 볼 수 있다. 여기서 놀라운 것은 효율이었다. 효율은 쉽게 생각하여 유량이 증가한다 하여 계속해서 증가하는 것이 아니었다. 효율은 유량의 증가에 따라 점차 증가하다고 정점을 찍고 감소하는 모습을 보였다. 효율이란 것은 바로 돈과 연결되기에 공학에서 빠질 수 없는 것이다. 이번 실험을 통해 효율에 대해 다시 한 번 생각해보는 계기가 되었고 주위에 흔한 자동차의 워터펌프를 알아봄으로써 실생활에 연관이 있다는 것에 흥미를 느꼈다.

키워드

워터펌프,   열유체공학실험,   자동차용 워터펌프