본문내용
1. 서론
1.1. 실험 목적
이 실험은 유량 및 유속 측정에 유용한 벤투리 미터와 피토관의 사용법 및 원리를 이해하고자 한다. 실험장치의 전압을 조절하여 유체의 흐름을 형성하고 풍속계를 이용해 유속을 측정한다. 이를 통해 전압의 변화에 따른 유속의 변화를 확인할 수 있다. 또한 베르누이 법칙을 이용하여 마노미터로 측정된 압력으로부터 유속을 구하고 실제 공정상의 유체 흐름을 이해할 수 있다.
베르누이 정리는 유체의 속도, 압력, 위치에너지 사이의 관계를 수량적으로 나타낸 법칙으로, 비압축성 유체의 규칙적인 흐름에 적용된다. 이 실험에서는 베르누이 방정식을 이용하여 유량과 유속을 계산한다. 벤투리 미터는 관로에 삽입하여 유량을 측정하는 장치로, 상류와 목 부분의 압력차를 이용한다. 피토관은 유체 흐름의 속도를 측정하는 장치로, 정압과 동압의 차이를 이용한다.
이 실험에 사용되는 주요 준비물은 베르누이 정리 실험 장치, 피토관, 풍속계, 벤투리 미터, 수주 마노미터 측정기, 전압 측정 및 흐름 생성기 등이다.
1.2. 실험 이론
베르누이 정리는 유체가 흐르는 속도와 압력 및 높이를 수량적으로 나타낸 법칙이다. 유체에 에너지 보존 법칙을 적용하여 유체의 운동에너지와 위치에너지의 합은 항상 일정하다는 성질을 이용하여 완전 유체가 규칙적으로 흐르는 경우에 대해 말한다.
베르누이 정리를 적용하기 위해서는 다음과 같은 전제 조건이 만족되어야 한다. 첫째, 유체는 비압축성이어야 한다. 압력이 변해도 밀도가 변하지 않아야 한다. 둘째, 유선이 경계층을 통과해서는 안 된다. 단, 비회전성 유동일 경우에는 상관없다. 셋째, 점성력이 존재하지 않아야 한다. 넷째, 시간에 대한 변화가 없어야 한다. 즉, 정상 상태여야 한다.
베르누이 방정식의 원래 형태는 p + ρgh + ρv^2/2 = constant이다. 이 식에서 ρgh는 위치에너지, ρv^2/2는 동압, p는 정압을 나타낸다. 즉, 유체의 전압력은 일정하다는 것을 의미한다.
벤투리미터는 관로에 삽입하는 유량계의 하나로, 벤투리미터 상류쪽의 압력과 스로트부 압력의 차이로 유량을 구할 수 있다. 벤투리미터에 의한 압력 손실은 작다. 또한 정상 상태의 흐름, 무축일(Shaft Work)이 없는 흐름, 비압축성 유체의 수평 흐름, 마찰 손실이 없는 완전 발달 흐름을 가정한다.
피토관은 유체의 흐름 방향에 대한 구멍과 흐름에 직각으로 대하는 구멍을 가진 관으로, 정상류에 있어서의 유체의 유속이나 유량을 측정하는 데 사용된다. 피토관에서도 마찰 손실이 없다고 할 수 없기 때문에 보정 인자를 사용한다.
1.3. 실험 준비물
본 실험에는 Bernoulli Theorem Apparatus, 마노미터, 벤추리관, 오리피스관, 풍속계, 전압측정기 등이 사용된다. 실험장치에는 피토관이 설치되어 있으며, 관 내의 유량을 측정하기 위한 벤추리미터와 오리피스미터가 포함되어 있다. 또한 유체의 흐름을 생성하기 위한 공기 송풍기와 전압을 조절할 수 있는 장치가 포함되어 있다. 이러한 실험 준비물들을 통해 유량 및 유속의 측정, 베르누이 방정식의 적용, 마찰에 의한 압력 손실 등을 확인할 수 있다.
2. 실험 방법
2.1. 피토관의 수직 이동 측정
실험장치에 피토관이 설치되어 있으므로 이를 활용하여 관 단면 내의 유속 변화를 알아볼 수 있다. 전원을 끈 상태에서 수주미터 측정기를 연결하고 영점을 맞춰준다. 그리고 풍속계로 전압 증가에 따른 유속을 측정하기 위해 관에서 일정 거리만큼 떨어진 곳에 풍속계를 위치시킨다.
전압을 1V부터 10V까지 1V 간격으로 증가시키면서 풍속계에 측...
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