유체역학 - 소형개수로 실험

소개글

유체역학 - 소형개수로 실험에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

통해 그려내진 그래프들을 살펴보면, 우리가 실험으로 구한 레이놀즈수와 마찰계수의 방정식이 상승하는 곡선의 형태로 그려지는 것을 볼 수 있다.
(ㄱ). 이는 우리가 구한 레이놀즈수의 값의 범위가 층류와 천이층류~완난류의 범위에 포함이 되기 때문이다. 물론 실험실 환경에 의한 오차 등의 여러 오차 들을 고려한다면, 더 정확한 레이놀즈-마찰계수 그래프가 될 것이다.
(ㄴ). 유량3의 경우는 감소하는 지수그래프는 그린다. 이는 완난류에 해당한다.
(1). 유량 2의 20mm, 40mm, 60mm 기울기의 실험에서 회귀분석을 통해 그려내진 그래프들을 살펴보면, 유량 1 때와 마찬가지로 그래프의 기울기가 상승하는 것을 볼 수 있다.
(ㄱ). 유량 1때 보다 유량 2때에 우리가 실험을 통해 구해낸 레이놀즈수가 천이층류 범위에 더 정확히 속하기 때문에 상승하고 있는 그래프 역시, 오차를 고려한다면 제법 정확한 기울기를 가지고 상승하고 있다고 볼 수 있다.
(2). 유량 3의 20mm, 40mm, 60mm 기울기의 실험에서 회귀분석을 통해 그려내진 그래프들을 살펴보면, 지수 승이 마이너스가 되는 형태의 그래프 모습을 볼 수 있다.
(ㄱ). 유량 3에서 구해진 레이놀즈수가 완 난류 경계 조건 안에 있기 때문이라고 볼 수 있다.
ㄴ). 실험실의 환경, 그리고 실험자들로 인한 계기오차 등을 감안한다면, 이론값과 실험값의 차이는 크지 않다. 그래프의 대략적인 형태와, 값의 범위 등은 실험 횟수가 각각 40번 밖에 되지 않았음에도 불구하고 상당히 정확한 값을 가지는 것을 볼 수 있다.
1). 유량 그래프의 비교
ㄱ). 이 실험에서 우리가 구하고자 하는 것이 레이놀즈-마찰계수 그래프에서의 지수 형 마찰계수 산정식의 계수와 지수를 구하는 것이라고 볼 수 있다. 그러기 위해서 레이놀즈수와 마찰계수를 구해야 했는데, 이들을 구하기 위해 우리는 유속의 값이 필요하였고, 그 유속 값을 보다 정확히 계산해 내기 위해서 유량의 값을 각각 위어, 개수로, 그리고 메스실린더를 통해 구해 내었다.
(1). 위의 유량비교 표를 보면, 위어와 개수로, 그리고 메스실린더에서 구해낸 유량의 값에 차이가 있다.
(ㄱ). 오차를 분석해 본다면, 제일 큰 오차의 원인은 시간 차이로 인한 실험자의 계기오차를 들 수 있다. 위어는 공식을 통해 각과 길이를 사용하여 구한 비교적 정확한 값을 가진다고 할 수 있지만, 개수로 에서의 실험은 물 위에 부표를 띄워 시간과 거리를 통해 유량을 계산해 내는 것으로서, 그리고 메스실린더는 담긴 물의 부피와 시간을 사용하는 것으로서 두 실험은 측정 때의 오차의 영향이 크게 있었을 것이기 때문이다.
6-2. 오차 분석과 주의사항(분석, 고찰계속)
ㄱ. 이전 실험을 통하여 해결했던 오차
1). 이전 실험에서 부표의 종류를 바꾸었고 이는 모두 같은 환경에서의 유속측정을 할수없도록 하였다.
ㄱ). 이번실험에서 부표로 나뭇잎을 사용하였으며, 실험에 맞는 크기고 여러장 준비하여 실험에 임하였다.
ㄴ. 실험중 예상할 수 있었던 오차
1). 수심측정기의 끝부분(깊이를 재는 뾰족한 부분)을 측정을 위해 유체에 접촉시켰을때 측정기의 끝부분에 남아있던 물방울이 수면에 있던 유체와 합쳐져 측정할때 어려움을 겪었다. 이를 방지하기 위해 측정전에 측정기의 끝부분에 물기를 제거하고 측정하였다..
2). 부체의 변화
(1). 실험중간 부체를 분실하여 새로운 부체를 사용하였다.
(ㄱ). 기존의 부체는 얇은 종이를 전기테이프로 감싼 부체였으나 이후의 부체는 종이를 찢어 만든 부체였다. 유체위에서 흘러갈 때의 속도 차이가 확연했다.
(ㄴ). 종이부체의 실패 후 다시금 전기테이프로 감싼 부체를 만들었으나 이번 부체의 외피에는 끈적거리는 접착제가 남아있었으며 이는 부체가 벽에 닿을 경우 속도를 매우 느리게 하였을 것이다.
부체로 사용한 나뭇잎
아크릴 바닥이 보이는 수조
(2). 실험 기구의 변화(거칠기의 변화)
(ㄱ). 반복된 실험으로 수로 벽면의 모래가 많이 깍여있었다. 그 수준은 아크릴 바닥이 보일정도였으며 조도계수가 모든면에서 일정하지 않았다는 점에서 전체 실험값은 크게 변하였을것으로 예측할 수 있다.
(3). 각 측정에서 보여진 측정의 실패
(ㄱ). 아래 사진과 같이 메스실린더 유량측정시 메스실린더 외부로 빠져나가는 유량이 매우 많았다.
부체로 사용한 나뭇잎
아크릴 바닥이 보이는 수조
①. 기기의 벽면을 따라 아래로 흘러버리는 경우가 많았는데 이는 관성과 유체 고유의 표면장력에 의한것이라 생각한다.
② 이 문제를 해결하기 위하여 최대한 많은 측정을 한 후 가장 작은값과 가장 큰 값을 제외한 값들에서 평균을 냈다.(3번 기록을 위하여 6~7회 측정)
ㄷ. 분석된 오차
1). 오차 종류
계통오차
기기의 수평, 유체의 유출
환경오차
수온변화
우연오차
유체의 오염
개인오차
유속(유량)측정, 수심측정, 유량조절
2). 오차 원인 분석
ㄱ). 유속측정(종이배)
(1). 부체는 어떠한 외력 즉 외부로 부터의 어떤 영향도 받지않아야 한다.
(ㄱ). 부체가 유속보다 빠르게 흘러간다.(육안 식별 가능)
① 종이배가 흘러가며 벽면과 마찰
② 종이배의 대기와 마찰, 저항이 커서 속도가 느렸을 것이라 예상
ㄴ). 소형개수로 기기의 전체적인 평형
(1). 실험 기기가 평형을 이루지 않았다면 결과값을 도출하는 과정에서 사용되지 않은 기타 외력으로 중력이 작용했을 것이다. 이는 실험 값 전체에 영향을 준다
ㄷ). 유량측정
(1). 실험자의 손, 눈에 의한 측정
(ㄱ). 실험의 모든 측정을 시험자의 손과 눈을 이용하여 직접 측정하였기 때문에 측정값 자체에 문제가 있다.
① 오차가 발생하더라도 같은 수준의 오차가 전체에 걸쳐서 발생하면 값이 잘못되더라도 그 분포는 작을 수 있으나, 실험자의 눈과 손은 오차의 폭이 크기 때문에 평균값조차도 오차범위 내에서 이루어진다..
(ㄴ). 메스실린더 유량측정시 눈으로 보고 손으로 스톱워치를 시작하고 멈추는 식의 측정은 많은 오차를 남길 수 있다.
ㅁ). 유체의 유출
(1). 기기 자체결함으로 유체의 일부가 누수되고 있었다. 유량을 측정하는 실험에서 오차를 발생시킬 수 있다. 특히 위어를 지나 누수가 이루어 졌기

키워드

소형개수로 실험,   유체역학 - 소형개수로 실험,   개 수 로 마 찰 흐 름,   개수로 마찰 흐름 실험의 이해,   자유표면,   유체역학