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1. Bernoulli Experiment
1.1. Bernoulli Principle
Bernoulli 원리란 압력이 높은 곳에서는 유체의 속도가 느리고, 압력이 낮은 곳에서는 유체의 속도가 빨라진다는 유체역학의 기본 원리이다. 이는 유체의 흐름에서 에너지 보존 법칙을 나타내는 것으로, 속도수두, 압력수두, 위치수두의 합이 일정하다는 것을 의미한다.
Bernoulli 원리가 성립하기 위해서는 다음과 같은 조건이 필요하다. 첫째, 정상상태의 유동이어야 한다. 즉, 유체의 흐름이 시간에 따라 변하지 않아야 한다. 둘째, 유체가 비압축성이어야 한다. 셋째, 유동이 무점성이어야 한다. 넷째, 동일 유선상에서 성립해야 한다.
Bernoulli 원리는 공학 분야에서 다양하게 활용된다. 날개 설계, 제트 엔진, 유체 제어 밸브 등에서 Bernoulli 원리가 적용되며, 특히 항공 공학 분야에서 중요한 역할을 한다. 날개 상부의 유속 증가로 인한 압력 감소는 양력 발생의 근본 원인이 되기 때문이다.
1.2. Bernoulli Experiment
1.2.1. Experimental Setup
Bernoulli 실험의 실험 설정(Experimental Setup)은 다음과 같다.
펌프를 작동시켜 물을 순환시키는 실험 장치가 사용되었다. 실험 장치에는 압력계가 설치되어 있어 각 지점의 정압(static pressure)을 측정할 수 있다. 압력계의 내부 압력과 외부 대기압을 맞추기 위해 압력계의 공기 밸브를 열어 압력을 조절한다. 이 과정에서 압력계 내부의 기포를 제거하여 정확한 수두 측정을 가능하게 한다.
유량은 유량계를 통해 6 LPM, 7 LPM, 8 LPM의 세 가지 경우로 변화시켜 가며 실험을 진행한다. 압력 측정 지점은 관 직경이 점차 감소하는 a, b, c, d, e, f의 여섯 지점에 설치되어 있다. 이를 통해 관 단면적 감소에 따른 유속 증가와 정압 감소를 관찰할 수 있다.
실험 장치의 구조와 압력 측정 지점의 배치를 통해 베르누이 정리를 직접 확인할 수 있도록 설계되었다. 이를 통해 관 내 유체 흐름의 속도, 압력, 위치 수두 간 관계를 실험적으로 검증할 수 있다.
1.2.2. Experimental Procedure
펌프를 작동시키고 물을 순환시킨다. 압력계 Air Valve를 열어 압력계 내부압력과 외부의 대기압을 맞춰 수두를 정확히 표현한다. 그리고 이 과정 중 압력기 내부의 Bubble을 제거한다(오차의 원인이 될 수 있으므로). 수두의 변화가 없으면 수두를 측정하고 6LPM, 7LPM, 8LPM에 따른 실험 결과를 얻어낸다. 이때 가장 우측수두가 전수두, 왼쪽 수두부터 f,e,d,c,b,a 순으로 설정되어 있다.
1.2.3. Results and Discussion
Measurement Total Head(H)는 8LPM에서 0.291m, 7LPM에서 0.179m, 6LPM에서 0.11m가 되며, Calculation Total Head(H)에서 또한 8LPM에서 0.291m, 7LPM에서 0.179m, 6LPM에서 0.11m로 Measurement와 Calculation의 결과값이 정확하게 동일하게 나왔다"" 이는 Bernoulli 정리가 실험 데이터에 잘 적용되었음을 보여준다"" 또한, 8LPM, 7LPM, 6LPM 모두 Calculation Velocity인 U값이 a,b,c에서는 Q/A로 계산한 이론값 Velocity인 V값보다 크게 나왔으며, d e f에서는 U값이 V값보다 작아지는 현상이 관찰되었다"" 이는 관의 직경이 감소함에 따라 유체의 속도가 증가하는 베르누이 원리를 잘 보여주고 있다""
오차의 원인으로는 첫째, F 지점에서의 Static Head(h) Measurement값과 Total head(H) Measurement값이 동일하거나 유사하게 측정되어 Velocity 계산식의...
