화학공학 베르누이 결과레포트입니다.

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화학공학 베르누이 결과레포트입니다.에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 이론
3. 실험 준비물 및 장치
4. 실험 방법
5. 주의사항
6. 실험 결과
7. 고찰

본문내용

7.49213
0.019434
59.98854
80
12.5
559.3056
31.2116
0.022063
59.95079
7. 고찰
⑴ 이 실험에서 세웠던 여러 가지 가정들에 대하여 실험 시에 문제가 되었던 것이 있다면 적어보라.
이번 베르누이 실험을 하면서 이론적인 계산을 위해 필요한 가정을 몇 가지 세웠다. 그 가정들은 다음과 같다.
① 유체는 미소구간 내의 압력변화를 무시할 수 있는 비압축성 유체이다.
② 축일(Shaft Work)은 없다.
③ 정상상태의 흐름이다.
④ 유량계는 수평흐름이다.
⑤ 파이프 내에 마찰손실이 없다.
⑥ 완전 발달 흐름이다.
먼저 1번 가정에서부터 문제가 있다. 우리가 실험에서 사용한 유체는 공기이며, 이것은 압력에 따라 밀도가 변하는 압축성 유체이기 때문이다. 4번 가정에서의 문제는 유량계의 흐름이 수평흐름이 아닐 수도 있다는 것이다. 베르누이 실험 장치를 받치고 있는 테이블이나 실험실 바닥구조가 완전한 수평이 아닐 수도 있기 때문에 이 가정은 약간의 오류를 발생시킬 수 있다. 또한 유체와 파이프 내에 발생하는 마찰손실은 실제로 존재하기 때문에 5번 가정은 문제가 있다. 마지막으로 완전 발달 흐름 정의에 의하면 어떤 체적을 기준으로 왼쪽과 오른쪽의 속도가 같아서 가속이 없어야 하지만, 실제로는 완전 발달 흐름이 아니기 때문에 6번 가정에도 오류가 있다.
⑵ 2가지 유량계의 장단점과 그 차이를 설명하여 보아라.
▶ Venturi Meter
벤츄리 미터는 노즐과 같이 내구성이 우수하며 오리피스 및 노즐에 비해 압력손실이 적고 구조상 이물질이 침전되기 어렵다는 장점이 있다. 또한 유체 체류부가 없으므로 마모에 의한 내구성이 좋으며, 대유량 측정이 가능하다. 따라서 하수나 필터 역류 등에 응용할 수 있다. 반면에 직경이 큰 경우 상대적으로 값이 비싸고, 유량변화에 따라 Throat 직경을 변화시킬 수 없다는 단점이 있다. 노후가 되어도 교체가 어려우며, 매우 높은 고체 물질을 다룰 경우에는 Throat가 완전히 막힐 수 있다.
▶ Pitot Tube
피토관은 부유물질이 적은 대구경의 관에서 효율적이며 압력 손실이 적고, 상대적으로 값이 저렴하다는 장점이 있다. 또한, 측정 유체가 깨끗한 경우에는 유지보수를 하지 않아도 된다. 그러나 피토관은 평균속도를 구하기 어렵고 가스에 대해 측정범위가 좁으며, 고체를 함유하고 있는 유체 측정에는 적합하지 않다는 단점이 있다.
즉, 벤츄리 미터는 전구경식 유량계로서 유체 전체의 유량을 측정하는 것이고, 피토관은 삽입식 유량계로 유로의 한 점에서의 유량이나 유속을 측정하는 것이다.
⑶ 각 유량계의 이론식에서 보정인자가 필요한 이유는 무엇인가?
이번 실험은 파이프 내 마찰 마찰손실을 무시한다는 가정을 한다. 그러나 실제로 파이프 내에 마찰손실은 존재하기 때문에 무시할 수 없는 부분이다. 보정인자를 넣기 전은 유체의 마찰을 고려하지 않은 것이므로 관의 벽과의 마찰을 고려하여 보정인자를 넣어주어야 한다.
즉, 처음에 제시한 측정액체의 밀도가 설계시의 조건과 달라질 경우를 고려하여 보정인자를 넣어 오차를 줄이기 위해서 보정인자가 필요하다.
이번 베르누이 실험의 목적은 유량 및 유속 측정에 유용한 기기의 사용법을 익히고, 유체흐름에 대해서 이해하는 것이었다. 실험 초반에는 다섯 개의 마노미터 중 어떤 마노미터의 수두차를 읽어야 하는지에 대한 어려움이 있었다. 조원들 모두 처음 진행해보는 실험이었기 때문에 익숙하지 않아 부족한 점이 있었지만, 조교님에게 조언을 얻고 조원들과의 의논 끝에 측정해야 할 마노미터를 잘 고를 수 있었다.
우리 조는 피토관의 높이를 1, 2, 3으로 나누어 측정하였다. 관의 가장 중심부인 높이 3, 그리고 그 위인 높이 2, 관 벽과 가장 가까운 높이 1 순으로 유속(or 압력강하)이 크게 측정되어야 제대로 실험을 진행한 것이라 볼 수 있다. 위의 그래프에서 볼 수 있듯이, 높이 3의 유속 그래프가 가장 위에 있고 그 다음으로 높이 2, 높이 1이 그려진 걸로 보아 이론과 일치한다. 또한 inlet과 throat에서 측정한 압력강하와 유속을 보면, 관이 좁은 throat에서 압력강하와 유속이 더 크게 측정되었다. 이것은 관의 직경이 더 작은 throat에서 유속이 더 빨라진다는 이론과 일치한다. 그리고 벤츄리 미터는 풍속으로 계산한 유량과 압력강하를 이용하여 계산한 유량으로 두 가지를 비교했다. 이 두 유량에서 나타나는 오차와, 피토관에서 발생한 풍속과 유속의 오차 원인을 다음과 같이 찾아보았다.
먼저, 가정으로부터 오차가 발생했을 것이다. 공기는 비압축성 유체도 아니며, 완전한 수평흐름이 아닐 수도 있다. 또, 실제 파이프 내에는 마찰 손실이 존재하고 완전 발달 흐름도 아니었다. 두 번째 오차의 원인으로는 풍속 측정의 오류 때문 일 것이다. 풍속은 측정 위치와 풍속계 자체의 저항, 그리고 공기가 관을 빠져 나오면서 주위의 공기에 영향을 받아 실제 유속보다 적게 나올 수 있다. 최대한으로 오차를 줄이고자 관의 하부를 종이로 감싸서 풍속을 측정하였지만, 그렇다고 해서 측정한 풍속이 정확하다고는 할 수 없다. 세 번째로 실험 장치의 노후가 원인이 될 수 있다. 마지막으로 마노미터 눈금을 측정할 때, 마노미터 주변에 펜으로 그은 선들 때문에 눈금을 읽는 데 어려움이 있었다. 하지만 여러 사람이 눈금을 측정하지 않고, 한 사람이 눈금을 읽어 최대한 오차를 줄이려고 노력했다.
지금까지 해온 몇 가지 실험들은 모두 유체역학에 대한 이론을 가지고 적용해보는 실험이었다. 이론만 이해하기도 어려운 유체역학을 익숙하지 않은 실험 장치들을 이용하여 실험을 한다는 것에 겁부터 먹었었다. 그러나 지금까지 3가지 정도의 실험을 해보니 왜 실험을 하는지에 대한 이유를 알게 되었다. 이론 이해만으로 벅찼던 부분을 직접 실험을 하고, 계산해보니 오히려 실험 전에 이해가 되지 않았던 부분이 실험을 하고 나니 이해하기가 쉬웠다. 앞으로 남은 7가지의 실험을 진행하면서 단순히 이론과의 오차를 계산하는 것이 아니라, 왜 오차가 났는지에 대한 의논을 해보면서 공부하면서 이해가 되지 않았던 부분을 더욱 채우도록 해야겠다.

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베르누이,   베르누이실험,   화학공학