수리실험 - 벤츄리 미터 실험

목차

실험 목적(의의)
- 참고 및 주의사항
실험 이론 및 배경

시험 과정 및 방법
- 시험 도구
결 과
- 관련 수식
고찰 및 토론

참고 문헌

본문내용

의 흐름에 있어서는 유체의 점성으로 인한 에너지의 손실이 있을 QNs 아니라 각 단면에서의 유속이 균일분포를 가지지 않으므로 식 4.4로 계산되는 유량보다 약간 작은 유량이 계측되는 것이 보통이다. 따라서 식4.4에 유량계수 를 곱해서 진류량을 구하게 된다. 즉, (4.5)
벤츄리미터의 유량계수 의 값은 식 4.5의 를 제외한 모든 변량을 실험에서 측정함으로써 구할 수 있으며 미터의 종류나 유량의 크기에 따라 약간의 차이는 있으나 대략 0.92~0.99의 값을 갖는다.
벤츄리미터의 축소부, 후두부 및 확대부를 연한 이론적인 압력분포는 식4.1로부터 다음과 같이 표시할 수 있다.
(4.6)
수두강하량 을 후두부에서의 속도수두인 와의 비로 표시하면
(4.7)
식 4.7의 과변을 연속방정식 4.2을 사용하여 단면적의 항으로 표시하면 아래와 같다.
시험 과정 및 방법
1. 수두차이(h1-h2의 값과 Q-(h1-h2)의 관계를 수립하기 위하여, 밸브를 조절하여 유량변화에 따른 수두차이를 측정한다.(최대 유량에서 점차 감소 시키며 측정)
2. 측정된 값을 이용 C값을 계산한다.
3. 유량계수 C의 값이 유량에 따라 변화되는 회귀곡선으로 나타남을 알 수 있다.
4. h1, h2, hn에 의한 C값의 변화를 알아본다.
시험 도구
결 과
실험 데이터
피에조미터 단면에서의 이론 압력수두차
피에조 미터
번호 NO.
단면별 직경
Dn(mm)
D2/Dn
(A2/A1)^2
(A2/A1)^2-
(A2/An)^2
A
26
0.615
0.143
0
D
16
1
1
-0.857
I
24
0.667
0.198
-0.055
표1 에서의 계산
피에조미터의 각 단면간의 비로 를 계산하고, 는 직접 면적을 계산하지 않고 를 이용하여 구하고, 를 구하였다.
피에조 미터 독치
실험 횟수
hn(mm)
A(h1)
D(h2)
I
1
482
190
380
2
393
144
310
3
204
22
142
유량계수 Cv의 산정
실험횟수
실 측 유 량
이 론 유 량
Cv
W(t)
t (sec)
Q
(m3/s)
(m)1/2
Q (m3/s)
1
0.014
30
4.667
0.540
5.200
0.90
2
0.012
30
4.000
0.499
4.799
0.83
3
0.010
30
3.333
0.427
4.102
0.81
속도수두에 대한 (hn-h1)의 비 (최대, 최소유량에대해서만)
피에조미터
번 호
Q = 4.667 * m3/s
= 0.275 m
Q = 3.333 * m3/s
= 0.140 m
hn (mm)
hn-h1 (m)
hn (mm)
hn-h1 (m)
A()
482
0.000
0.000
204
0.000
0.000
D()
190
-0.292
-1.062
22
-0.182
-1.300
I
380
-0.102
-0.371
142
-0.062
-0.443
결과
관련 수식
표1 에서의 계산5
피에조미터의 각 단면간의 비로 를 계산하고, 는 직접 면적을 계산하지 않고 를 이용하여 구하고, 를 구하였다.
표3 에서의 계산
이론유량 를 구하고, Cv를 구했다.
표4 에서의 계산
표3 에서의 계산값 중 최대, 최소유량만을 가지고 를 구했고 엑셀을 이용해서 그래프를 그렸다.
최대유량 Q = 4.667* m3/s 이고, 에서의 면적은 이다.
를 이용하여 V를 구하고 이라는 값을 구하였다.
hn-h1의 높이차를 구하여 의 값을 구하였다.
와 벤츄리미터 입구로부터의 거리(mm)의 그래프를 그려서 이론 값과 비교해보았다.
고찰 및 토론
이 실험에서는 관내에 유량의 흐름을 조절하면 유량계수 C값은 어떻게 달라지는지를 알아보는 실험이다. 우리조는 총 세 번의 실험을 하였다. 이론적인 C의 값은 0.92～0.99값이 하여야 하지만 우리 조는 0.90～0.81로 나왔다. 오차의 원인을 살펴보자면 우선 실험 횟수가 너무 적었고, 기기 조작의 미숙이 있었던것 같다. 2번째 그래프를 보면 D단면이 작아지면 압력수두 또한 줄어드는 것을 볼 수 있다. 그리고 단면이 넓어지면서 다시 압력수두 올라가는 것을 확인할 수 있다. 그리고 D단면에서는 급경사 I단면 까지는 완만한 경사이다. 이렇게 완만하게 이루어지는 것은 관경의 급격한 변화와 완만한 변화가 압력수두의 변화에 관계가 있음을 유추 할 수 있다.
이번 실험에서 나는 밸브 조작을 맡았다. 하지만 처음 사용하는 기기이고 작동법을 완벽하게 숙지 하지 못해서 컨트롤 밸브 조절과 바이 패스 밸브 조작이 미숙했다. 이번에 유량계수가 오차가 난 것은 나의 밸브 조작 미숙이 가장 컸 던 것 같다. 하지만 완변하지는 않았지만 수리학 수업으로 듣는 것을 직접 눈으로 보고 레포트를 작성해 보니까 이해도 쉽고 좋았다.
이번 실험에서 나는 초를 재고 옆에 조원을 돕는 역할을 했다. 이번 실험에서 서브 역할이었기 때문에 실험 할때는 많은 도움이 없었지만 레포트를 작성할 때 이론의 정리와 레포트의 정리를 많이 하였다. 이론을 다시 정리 하며 보면서 다시금 공부할 수 있는 좋은 기회였고 예전에는 벤츄리 미터하면 공식만 외웠는데 이제는 많은 부분을 이해할 수 있을 것 같다.
이번 실험에서 나의 역할은 실험치를 작성하는 것이었다. 실험을 우리는 세 번을 하였고 단면을 A, D, I단면을 측정하고 그 눈금을 읽었다. 이때 나의 실수가 있었던것 같다. A, D단면은 가장 큰 단면과 가장 작은 단면으로 잘 선택 했다. 하지만 거리에 의한 압력 수두 그래프를 위해 나머지 단면의 눈금과 단면을 다 측정했어야 하는 아쉬움이 든다.
이번 실험에서 나는 눈금을 재고 물 호스를 옆으로 옮기는 역할을 하였다. 세 번을 하는데 할 때 마다 물이 튀어서 옷과 신발이 젖었다. 처음 하는 수리 실험이라 만족할 만한 결과치는 얻지 못하여서 아쉬움이 많이 남는다. 그렇지만 이론으로 배우는 내용을 실제로 실험을 해보고 그 값을 가지고 계산을 하고 조원 같이 모여 토의 하면서 보고서를 작성하니까 많은 것을 배울 수 있었다.
참고 문헌
`수리학 강주복 저 수리학 (형설출판사)
수리실험 백창식 외 지음 (구미서관)
유체역학 Munson Yuong Okiishi (Wiley)
「기초수리실험법」, 운용남 저, 청문각
「수리실험」,김운중 저, 조선대학교 출판부

키워드

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