[종 합 유 체] 실 험 -유량측정, 유체마찰 손실 실험

소개글

[종 합 유 체] 실 험 -유량측정, 유체마찰 손실 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

ABSTRACT
1. INTRODUCTION
1.1 실험목적
1.2 실험 이론
1.2.1 유체(fluid)
1.2.2 유체의 분류
1.2.3 베르누이의 정리(Bernoulli`s theorem)
1.2.4 베르누이의 방정식(Bernoulli`s equation)
1.2.5 베르누이의 방정식(Bernoulli`s equation) 유도
1.2.6 벤투리미터(venturi meter)
1.2.7 오리피스(orifice)
1.2.8 레이놀즈 수(Reynolds number)
1.2.9 관로에서의 손실수두
2. EXPERIMENT
2.1 실험 기구 및 시약
2.2 실험 방법
3. RESULT & DISCUSSION
3.1 Raw data
3.2 Results
3.2.1 Venturi meter
3.2.2 Orifice meter
3.2.3 급축소(sudden contraction)
3.2.4 급확대(sudden enlargement)
3.2.5 90˚L-bow
3.2.6 Glove valve
3.2.7 Gate valve
3.2.8 Ball valve
3.2.9 직관 10A
3.2.10 직관 15A
3.2.11 직관 20A
3.3 Discussion
4. CONCLUSION
REFERENCES

본문내용

분히 다 빠지지 않아 오차가 더 발생함을 들수 있다. 급축소나 급확대에서부터는 마찰 손실과 레이놀즈 수를 계산했다. 레이놀즈 수는 관성에 의한 힘과 점성에 의한 힘의 비를 나타낸 것으로써 유동이 층류인지 난류인지를 예측하는 데에도 사용된다. 층류는 점성력이 지배적인 유동으로서 레이놀즈 수가 낮고, 난류는 관성력이 지배적인 유동으로서 레이놀즈 수가 높다. 또한 급축소, 확대 실험은 유체가 갑자기 직경이 변화하는 관 안에서 손실되는 에너지 값을 측정하는 실험이다. 실험 결과 물론 LPM이 줄어들수록 유량은 물론 마찰계수와 레이놀즈 수가 감소하는 것을 볼 수 있고, 축소와 확대 실험을 비교해보면 유속이 느려짐에 따라 마찰손실이 감소하는 것을 볼 수 있다. 또 관이 확대 될 때 마찰손실이 증가하는 것을 알 수 있었다. 다음으로 90°L-bow 실험의 경우 유속이 느려질수록 마찰손실이 작아짐을 볼 수 있다. 밸브 실험에서는 각각 다른 마찰계수를 갖는 밸브를 통과할 때의 마찰 손실을 확인할 수 있는데, 게이트 밸브에서 마찰계수가 가장 낮아 마찰손실도 제일 적은 것을 알수 있다. 또 글로브 밸브와 직관이 10A인 실험을 할 때 LPM이 16, 12, 8을 측정하지 않고 다른 값을 새로 정하여 측정을 하였는데 LPM이 16까지 올라가지 않아 값을 작게하여 측정하였다. bypass 밸브를 조절해 LPM을 상승 시킬수는 있으나 bypass 조작에 의한 오차를 줄이기 위해 값을 바꾸어 측정하였다. LPM이 떨어진 이유로는 관이 높아질수록 중력에 의한 영향이나 관이 길어짐에 따른 압력의 감소를 들수 있다. 직관의 크기의 변화를 통한 실험에서는 직관이 커짐에 따라 압력 손실이 작아짐을 볼 수 있다. 관의 크기가 작으면 같은 유량이 통과할 때 닿는 면적이 많아 손실이 커지는 것이다.
4. CONCLUSION
이번 실험의 목적은 정상유동에서의 에너지 방정식을 응용한 차압식 유량계보 Venturi meter, orifice meter로 실험대의 계량탱크와 함께 비압축성 유체를 유량 측정으로 유량계수를 구하고 점착 확대관과 엘보우에서 각각 발생하는 손실 수두, 관의 크기에 따른 손실 수두를 측정해보는 실험이다.
우선, 실험하기에 앞서 수조의 물을 2/3정도 다시 채웠다. 그 후 bypass 밸브 열고 pipe line을 실험하고자 하는 곳에 연결 후 실험하고자 하는 밸브만 열고 모든 밸브를 잠갔다. 이 실험에서 중요한 점은 마노미터의 공기밸브의 조작을 통해 공기를 제거하고 기준을 잡는 것이다. 그러나 우리는 실험방법을 잘못 이해하여 공기는 제거하였으나 기준을 잡지않고 실험을 하여 어떤 실험은 기준이 잡히고 어떤 실험은 기준이 잡히지 않았는지를 파악하지 못하여 실험의 오차가 생기는 원인이 되었다. 그 후 LPM을 조절해 가며 시간에 따른 유량과 마노미터의 차를 측정하였다. 여기에서도 오차가 발생하는 원인이 되었는데 초시계가 초까지 밖에 나오지 않아 어떤 것은 초가 바뀌는 순간에 어떤 것은 초가 다음으로 바뀌는 순간까지 재었고 또 밸브의 개폐를 확실히 하였음에도 유량이 시간을 두고 계속 흘러 정확한 값을 얻지는 못하였다. 하지만 관의 상태에 따른 마찰의 손실은 확실히 알 수 있었다.
벤츄리미터나 오러피스 프레이트의 실험결과로는 유량을 적게 할수록 수두차가 적어짐을 알수 있었고, Cv값이 1에 가까울수록 정확히 실험했다는 것인데, 우리가 한 환경이 완전히 마찰을 배제하였다고 할 수 없었고 앞서 말한 오차의 원인 때문에 약간의 오차가 발생하였다. 또 관성에 의한 힘과 점성에 의한 힘의 비를 나타낸 레이놀즈 수를 구하므로써 유동이 층류인지 난류인지를 예측할 수도 있었다. 층류는 점성력이 지배적인 유동으로서 레이놀즈 수가 낮고, 난류는 관성력이 지배적인 유동으로서 레이놀즈 수가 높다. 급축소, 확대 실험은 유체가 갑자기 직경이 변화하는 관 안에서 손실되는 에너지를 알아보았다. 실험 결과 물론 LPM이 줄어들수록 유량은 물론 마찰계수와 레이놀즈 수가 감소하는 것을 볼 수 있었다. 또 축소와 확대 실험을 비교해보면 유속이 느려짐에 따라 마찰손실이 감소하는 것을 볼 수 있고, 관이 확대 될 때 마찰손실이 증가하는 것을 알 수 있었다. 90°L-bow 실험은 구부러진 관에서의 유동은 벽면에서의 박리 현상과, 2차 유동 등으로 인하여 복잡해지며 많은 에너지 손실을 보았다. 여기서도 유속이 느려질수록 마찰 손실이 감소하는 것을 볼 수 있다. 다음으로는 각각 다른 마찰계수를 갖는 밸브를 통과할 때의 에너지의 손실을 볼 수 있는 실험을 하였다. 이 실험을 할 때 글로브밸브에서 LPM이 우리가 기준으로 잡은 16까지 올라가지 않았는데 이 현상은 직관 10A 실험을 할 때도 보였다. bypass 밸브의 조작으로 맞춰 줄 수도 있었지만 밸브 조작의 오차를 줄이기 위해 값을 변화해서 측정을 하였다. 그 원인으로는 관이 높아질수록 중력에 의한 영향이나 관이 길어짐에 따른 압력의 감소를 들 수 있다. 글로브밸브는 다른 밸브들과 LPM이 달라 비교할 수는 없지만 마찰손실의 감소비율이나 마찰손실계수를 통해 비교해 볼 수 있었고, Gate밸브가 가장 마찰손실이 적음을 알 수 있었다. 마지막으로 지름의 크기가 다름 직관 0.5m를 통과할 때의 마찰손실을 보았다. 이 실험도 10A의 다른 LPM으로 비교는 할 수 없었지만 감소비율을 통하여 볼 때, 관의 크기가 커질 때 마찰손실이 적음을 알 수 있었고 이 실험도 다른 실험과 마찬가지로 유량이 적어질 때 마찰손실과 수두가 감소함을 볼 수 있었다.
실험은 어렵지 않았지만, 실험하기 전에 몰랐던 오차의 발생원인을 깨닫고 해결방법을 생각할 수 있었고, 계산하는데 있어 많은 공식과 실험의 개수가 많이 복잡하고 혼란스러웠다. 아직 배우지 않은 유체역학의 부분을 먼저 실험을 통해서라도 접하여 도움이 되었고, 유량, 마찰손실, 수두차, 유속에 대한 이론을 이해할 수 있었고, 베르누이 정리나 식을 통하여 계산하는 법이나 이론을 익힐 수 있었다.
REFERENCES
[1] 화학공학부, 화학공학실험
[2] 김경천 외 3명 공역, 유체역학
[3] 하재현 외 2명 공저, 유체역학
[4] 송재우 저자, 수역학

키워드

유체실험,   종합유체,   종합유체 실험,   유체마찰실험,   유체의 유량측정,   벤츄리,   벤츄리미터,   마찰손실 실험