피토관과 키엘프로브를 통한 정체압과 동압측정

소개글

피토관과 키엘프로브를 통한 정체압과 동압측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 이론
2.실험 방법
3.실험값 및 분석
4. 결론 및 소감

본문내용

찰에 의한 것이 많을 것이라 예상하였으나, 실제로는 부손실에 의한 손실이 더 크다는 것을 알았다. 만약 관로의 마찰에 의한 손실만을 확인하고 싶다면 관로의 단면적을 변화시키지 않는 편이 좋을듯하다.
----------------------실 험 2-------------------------
베르누이 실험1 결과 기록표
실험제목 :
피토관＆키엘프로브의
민감도 비교
실험일시 :
2012.10.17(수)
기 온 :
19.8
실 험 자 :
이주형
기 압 :
101.3kpa
액체비중 :
0.87
액체밀도 :
단위를 Pa단위로 환산하여 값에 대입하였다. 키엘 프로브와 피토 튜브는 목적이 유체의 흐름의 속도를 측정하기 위한 장치이므로 환산과정은 매우 간단했다. 우리는 이번실험에서의 중점을 피토튜브와 키엘 프로브로 유체의 속도를 측정 하는것 보다도, 유체의 흐름과의 엇나간 각으로 측정하였을 경우 값이 어떻게 변하는가를 지켜보면서, 키엘 프로브가 피토 튜브보다 빗각에 덜 예민함을 확인하려고 한다. 각도에 따른 압력과, 측정된 풍동의 속도를 그래프로 나타내보았다.
그림 1.<빗각에 따른 측정 장치의 압력변화>
그림 2.<빗각에 따른 측정 장치의 측정 풍동속도>
위 그래프에서 푸른색 선은 피토튜브의 측정값을 나타내고, 붉은색 선은 키엘 프로브의 측정값을 나타낸다. 환산한 풍동의 속도는 다른 변수의 작용 없이 간단한 연산만을 취한 것이므로 그래프의 성향은 압력 때와 같다.
키엘 프로브의 경우 빗각이 50 ~ -65degree 범위 내에서 신뢰할 만한 값이 나왔고, 피토튜브는 10 ~ -15 degree에서 신뢰할 만한 값이 나왔다. 실제로 피토튜브는 연필의 모양처럼 앞부분으로 갈수록
사용가능 범위
Pitot Tube
115degree
Kiel Probe
25degree
좁아지는 형상이고, 키엘 프로브는 Stagnation point부분을
덮개로 덮고 있기 때문에 유체의 속도와 생기는 빗각에 상대적으로 영향을 덜 받는다.
4. 결론 및 소감
이번 실험을 통해 일정한 가정을 한 베르누이 방정식과, 실제와 매우 흡사한, 유체의 점성과 급격한 팽창에 의한 효과를 고려한 이론 베르누이 방정식을 이해하는데 많은 도움이 되었다. 아직 2학년이라 확장된 베르누이 방정식을 접해보지는 못하였으나, 생각해보면 일반적인 베르누이 방정식을 유도할 때 제외한 항들을 몇 가지의 실제 상황에서의 항들을 넣으면 되는 간단한 일이였다.
압력차를 수두로 나타내는 방법은 기존에 존재했지만, 매우 획기적이라는 생각이 들었다. 예전에 비행기의 전면에 뾰족하게 튀어나온 것이 무엇일까 궁금한 적이 있었는데, 피토튜브 라는 것을 알고나니 아직은 내 지식의 수준에서 이해할 수 없을 것만 같던 aircraft에 조금 더 다가간 느낌이었다.
실험결과에서는 피토튜브가 키엘 프로브 보다 예민하기 때문에 유체의 흐름이 불안정할 경우 측정값이 결론적으로 Pitot Tube는 빗각에 예민하므로 유체의 흐름이 불안정하거나 turbulent flow가 자주 생기는 흐름에서는 부적절하므로 이럴때에는 Kiel probe를 사용하는 것이 적절할 것 같다는 생각을 했다. 하지만 실제 공학장치나 관유동 에서는 steady한 유동이 많고, 비행기의 주위를 흐르는 유동의 경우 비행기의 속도방향이 유동방향과 일치하므로, 피토튜브를 비행기와 수평한 방향으로, 후류와 turbulent flow의 영향이 적은 전면부분에 설치하면 딱히 문제가 될 것이 없다고 생각되었다.
두번째 실험의 경우 가장큰 오차의 원인이라고 한다면, 유량이 흐르는 관내에서의 속도를 출구에서의 유동의 평균을 사용하여 단면적으로 나눈 것으로 꼽고 싶다. 과정중 비압축성으로 가정이 가능하다고 하더라도, 실제 단면적에서 속도는 관의 표면에서 no slip condition을 만족시키기위해 0이고, 각각의 위치에서 속도가 다를 것이기 때문이다. 어쩌면 관내 마찰의 영향을 고려하는 실험에서 유량이 일정하다고 가정하는 것도 오차의 매우 큰 원인이다. 마찰에 의해 분명히 실제 이론보다 속도가 감소할 것이기 때문이다.
실제 유체의 흐름을 이용한 장치를 이용할 때 주손실과 부손실이 생기는 정도를 예측하여 설계하면 유동장치의 효율이 훨씬 높아질 것이라는 생각을 하였다. 열과, 일의 출입이 없다고 하더라도, 관의 거친정도와 유체의 점도에 의한 관내 마찰 손실보다 관의 형상에 의해서 생기는 손실의 정도가 더 클 수도 있기 때문에 설계시 부손실이 최소화 되는 구조를 택하는 것도 매우 중요할 것이다.

키워드

키엘프로브,   피토,   베르누이,   정체압,   동압