본문내용
1. 원심펌프 실험
1.1. 실험 목적
원심펌프 실험의 목적은 일정한 회전속도로 운전되고 있는 원심펌프의 성능 특성을 측정하고, 각 양수량에서의 수두(H), 수동력(Lω), 축동력(Ls) 및 효율을 구하여 유량에 대한 관계를 비교함으로써 펌프의 성능을 이해하는 것이다.
원심펌프의 흡입관과 송출관에 설치된 압력계를 통해 펌프의 승압력을 측정하고, 벤튜리관을 이용하여 유량을 측정하여 수동력을 계산하며, 모터와 펌프 사이에 설치된 회전계와 뉴턴 저울로 측정된 값으로 축동력을 계산할 수 있다. 이 두 동력의 비는 효율이며, 최고 효율점의 유량, 수두를 기초로 하여 비교하고자 한다.
1.2. 실험 이론 및 원리
1.2.1. 원심펌프의 개요
원심펌프는 펌프의 종류 중 하나로, 회전하는 임펠러(Impeller)에 의해 발생하는 원심력을 이용하여 유체를 흡입하고 압송하는 펌프이다. 원심펌프는 유체에 동력을 전달하여 압력을 상승시키고 유체를 배출하는 역할을 한다.
원심펌프의 작동 원리는 다음과 같다. 먼저 회전하는 임펠러의 중심부로 유체가 유입된다. 임펠러의 회전에 따라 발생하는 원심력으로 인해 유체가 임펠러의 외주부로 이동하게 된다. 이때 임펠러 중심부의 압력이 낮아져 대기압에 의해 흡입관을 통해 추가로 유체가 흡입된다. 외주부로 이동한 유체는 스파이럴 케이싱을 따라 유출구로 배출된다. 이 과정에서 유체의 운동에너지가 압력에너지로 전환되어 펌프의 양정이 발생하게 된다.
원심펌프는 구조가 단순하고 기계적인 내구성이 뛰어나며, 높은 회전속도로 인해 소형화가 가능하다는 장점이 있다. 따라서 산업 현장에서 널리 사용되는 펌프 중 하나이다.
1.2.2. 유량 및 양정 계산
유량 및 양정 계산은 원심펌프의 성능을 평가하는 데 매우 중요한 요소이다. 펌프의 유량은 단위시간당 배출되는 액체의 체적이며, SI 단위로는 초당 세제곱미터(m³/s)로 표현된다. 유량 측정을 위해서는 펌프의 토출관에 오리피스를 설치하고 압력 강하를 측정하여 다음 식에 의해 계산할 수 있다.
Q_v = C_d * A_o * √(2 * ρ * Δp_o / ρ)
여기서 Q_v는 유량, C_d는 오리피스 유출계수, A_o는 오리피스 단면적, ρ는 유체 밀도, Δp_o는 오리피스 압력 강하를 나타낸다.
양정(Head)은 펌프가 액체를 끌어올릴 수 있는 높이를 나타내는 척도로, 미터(m)로 표현된다. 양정은 흡입측 수두, 속도수두, 토출측 수두의 합으로 계산된다.
H = (P_d - P_s) / (ρ * g) + (V_d^2 - V_s^2) / (2 * g) + h_g
여기서 P_d와 P_s는 각각 토출측과 흡입측의 압력,...
