소개글
"사각 위어"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 목적
2. 실험 이론
2.1. 위어의 개념과 종류
2.2. 사각 위어 유량의 방정식 유도
2.3. 삼각 위어 유량의 방정식 유도
3. 실험 방법
4. 실험 결과
4.1. 사각 위어 실험 결과
4.2. 삼각 위어 실험 결과
5. 고찰
6. 참고문헌
7. 담당 역할
8. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 목적
실험의 목적은 위어의 개념과 종류에 대해 이해하고, 실험을 통해 삼각형 위어와 사각형 위어에서의 월류 수심을 측정하여 측정 유량을 얻는 것이다. 측정값을 이용해 이론 유량을 계산하여 측정 유량과 비교하고, 측정 유량과 이론 유량의 비를 계산하여 유량계수를 산정한 후 이론적 유량계수와 비교하는 것이다.
위어는 상류단 수심을 조절하기 위해 고안된 구조물로, 수로 내 흐름에서 하류단 수축을 통제하는 기능을 가지고 있다. 위어의 일부를 절단하여 유체를 흘러가도록 한 부분을 노치라고 하며, 노치의 모양에 따라 사각위어, 삼각위어 등으로 나뉜다. 위어는 크게 예연(sharp-crested) 위어와 광정(broad-crested) 위어로 구분할 수 있으며, 물이 월류하는 단면의 형상에 따라 사각형, 삼각형, 사다리꼴, 타원형 위어로 나눌 수 있다.
위어를 통해 흐르는 유량은 형상에 따라 흐름 양상이 변하기 때문에 정확히 단일 공식으로 표현할 수 없다. 위어 설계 시 중력에 의한 영향은 고려하지만, 점성, 표면장력, 접근수로의 유속 분포, 위어의 조도, 접근수로의 크기 등은 고려하지 않는다.
사각형 위어에서의 이론적 유량 공식은 Q = (2/3)Csqrt(2g)bH^(3/2)이고, 삼각형 위어에서의 공식은 Q = (8/15)Ctansqrt(2g)H^(5/2)이다. 여기서 C는 각각의 위어에 대한 유량계수이다.
실험 방법은 먼저 수리실험대 물탱크에 물을 채우고, 삼각위어나 사각위어의 폭과 깊이를 측정하여 수리실험대에 고정한다. 그 후 유량조절 밸브를 통해 유량을 증가시켜 위어의 월류수심이 일정하게 되면 그 수심을 측정한다. 유량 측정 시에는 계량수조의 배출구 구멍을 막고 물의 부피 변화와 시간을 측정한다. 이러한 과정을 반복하여 실험을 진행한다.
실험 결과, 사각형 위어에서는 월류수심이 증가함에 따라 측정유량, 이론유량이 증가하는 경향을 보였고, 유량계수는 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 삼각형 위어의 경우에도 유사한 결과를 보였다. 전반적으로 월류수심이 증가할수록 유량이 증가하고 유량계수는 감소하는 것으로 나타났는데, 이는 월류수심에 따른 유속과 유량의 관계를 잘 보여준다.
실험 결과와 이론값을 비교하면, 사각형 위어에서의 오차율은 최대 22.76%였고, 삼각형 위어에서는 최대 34.98%로 나타났다. 오차의 주요 원인으로는 월류수심 측정, 시간 측정, 물의 흔들림 등 실험 과정에서 발생한 오차들을 들 수 있다. 또한 위어 설계 시 고려하지 않는 요소들이 실제 유량에 영향을 미쳤을 것으로 보인다.
이번 실험을 통해 위어의 개념과 종류, 유량 측정 방법과 원리를 이해할 수 있었고, 실험값과 이론값의 비교를 통해 유량계수의 특성을 분석할 수 있었다. 특히 삼각형 위어가 사각형 위어보다 적은 유량 측정에 유리하다는 사실을 알 수 있었다.
2. 실험 이론
2.1. 위어의 개념과 종류
위어(Weir)는 개수로의 흐름을 조절하기 위해 설치된 장애물이다. 물은 위어의 노치(Notch)를 월류하게 되고, 이때의 월류수심을 측정하면 유량을 간접적으로 알 수 있다. 위어는 월류하는 단면의 형상에 따라 사각형 위어, 삼각형 위어, 사다리꼴 위어 등으로 구분된다.
또한 위어는 월류하는 단면의 두께에 따...
참고 자료
Phillip M. Gerhat 외 2명 “Muson’s Fluid Mechanics 유체역학”, 제8판, 강동진 외 8명 옮김, 퍼스트북, 2018.02.18, p118-125, p559-562.
Muson 외 2명, “유체역학”, 제6판, 윤순현 외 5명 옮김, 교보문고, 2010.02.28, p137~148.
이재수, “수리학”, 구미서관, 2007, p315-120. p470-489.
이재수, 『수리학』 구미서관, 2007년, 315~318p
국택정화, 수리학, 성안당, 2000, 176p~181p
위을복, 『유체역학-이론과 문제-』 학진북스, 282~284p
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