소개글
"비에너지곡선 엑셀"에 대한 내용입니다.
목차
1. 원심펌프 실험
1.1. 실험 목적
1.2. 실험방법
1.3. 실험과 관련한 배경지식
1.4. 결과 및 고찰
1.5. 참고문헌
2. Heat Engine cycle을 이용한 기초실험
2.1. 실험 목적
2.2. 이론 요약
2.3. 실험 방법
2.4. 실험 결과
2.5. 결론 및 고찰
2.6. 참고문헌
3. 질산 포타슘 용해 반응의 반응열 측정
3.1. 실험목적
3.2. 실험이론
3.3. 실험기구 및 시약
3.4. 실험방법
3.5. 실험데이터 및 결과
3.6. 토의
4. 참고 문헌
본문내용
1. 원심펌프 실험
1.1. 실험 목적
기계적 에너지를 유체에 전달하는 장치인 펌프의 효율을 측정함으로써 펌프에 대한 구조 및 원리를 이해하고, 펌프의 운전특성을 파악하는 것이 실험의 목적이다. 펌프의 작동환경에 따른 시스템을 분석하여 시스템 방정식을 유도하고, 계산하여 그래프를 도시하고 이론펌프성능곡선과 실제펌프성능곡선을 이해하고자 한다. 이를 통해 도출된 작동점과 최고효율점을 일치시키는 방법을 모색하는 것이 이 실험의 목적이다.
1.2. 실험방법
실험방법은 다음과 같다.
출구쪽 밸브를 완전히 잠근 후 원심펌프와 컨트롤 패널을 연결한 뒤, 앞의 2개, 뒤에 1개의 핀을 꽂아주고 스위치를 on 상태로 킨 후 초록색 불이 점등하는지 확인한다. 소프트 웨어를 실행하여 View Diagram을 클릭한다. 60,70,80% 순으로 실험을 진행하며 이를 통해 동력, 유량, 양정, 효율을 얻을 수 있다. 또한 그래프를 통한 유량의 변화 개요 및 HQ 성능 곡선을 알 수 있다. 펌프 셋팅값을 설정하고 기기를 작동시키기 전, 출구 밸브를 한바퀴 열어 과부하를 방지한다. 펌프가 작동중인 상태에서 GO 버튼을 눌러 정상상태에서 개측 수조의 높이, 최종수위, 소요시간, 펌프의 입/출구 압력, 모터의 회전 수를 기록한다. 유량을 천천히 증가시키며 위 과정을 반복한다. View Graph를 클릭하여 선도를 확인한다. 측정이 완료되면 파일을 저장한다. 고정된 6개의 나사를 전부 해제하고 해당 배관도 제거한다. 안쪽의 은색핀을 제거하여 임펠러를 교체하고 역순으로 다시 조립한다. 이후 속도 제어 실험처럼 같은 과정을 반복해준다.
1.3. 실험과 관련한 배경지식
원심펌프는 임펠러라는 하나 이상의 구동 로터에서 회전에너지를 전달하여 유체를 이동시키는 데 사용되는 기계 장치이다. 흡입부로 들어온 유체는 임펠러의 중심으로 유입되는데, 임펠러가 회전하면 원심력에 의해 유체가 임펠러의 바깥쪽으로 밀려나면서 속도가 빨라진다. 이 때 유체의 속도를 더 빠르게 하고 싶다면, 임펠러의 크기를 키우거나 회전속도를 증가시키면 된다. 이와 같은 원심력을 이용한 것은 유년시절에 놀이터에 있던 뺑뺑이를 탑승하면 회전 속도가 빨라질수록 중심부에 다가가기 힘들었던 것을 알 수 있다. 하지만 이 펌프는 유체를 흘려보내는 기계이고 유체는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 것을 배웠지만, 임펠러는 유체의 속도만 높일 뿐, 압력을 높여주진 않는다. 또한 외부로의 에너지 손실이 없다고 가정할 때, 우리는 계의 에너지가 보존되는 것을 알고 있다. 따라서 우리는 운동에너지를 띈 유체의 속도가 압력에너지로 바뀐 것을 알 수 있다. 이처럼, 속도와 압력사이의 관계를 정리한 것이 베르누이의 정리이다. 이와 같이 펌프 안에 임펠러가 높여준 속도를 낮춰 압력으로 변환해주는 부분이 존재하는데 이것이 바로 벌루트이다. 종종 디퓨저로도 부른다. 정리하자면 원심펌프 내부의 "임펠러"가 회전하면서 발생하는 원심력으로 액체에 속도가 생기고 액체에 임펠러를 떠나 "벌루트"를 거치는 동안 속도가 압력으로 바뀐다고 설명할 수 있다.이상적인 펌프에서는 입/출구의 유입각과 출구각을 구할 수 있고, 회전속도와 반경에 따른 날개속도, 유체의 상대속도와 벡터합을 통하여 유체의 절대속도를 구할 수 있다. 이를 이용해 축토크와 축동력을 계산할 수 있고, 입구쪽의 유체는 예선회가 없기 때문에 펌프로 들어온다. 따라서, 이상수두상승을 계산하면 로 도출된다. 위 식은 유량에 관한 1차식임을 확인할 수 있다. 그림과 같이 펌프의 수두-유량 곡선에서 손실효과는 유량이 커짐에 비례하여 손실이 많아짐을 알 수 있다. 또한 실제 수두는 이론수두보다 항상 작으며 Q에 대한 비선형적인 결과를 보여줌을 알 수 있다.
1.4. 결과 및 고찰
실험을 통해 구한 이론적 최대 열효율은 13.9%이지만, 실제 열효율은 2.627%에 불과했다. 이는 실제 시스템에서 발생하는 다양한 손실로 인해 이론적으로 도출된 카르노 사이클의 효율과 큰 차이가 발생하기 때문이다.
실험과정에서 발생한 오차 원인들을 살펴보면, 우선 물의 온도가 변화함에 따라 용액의 부피가 달라지고 이에 따라 피스톤의 높이 측정에 오차가 발생했다. 또한 용액 제조 과정에서 용질의 질량 측정에도 오차가 있었을 것으로 보인다. 더불어 KNO3의 결정이 정확한 시점에 석출되지 않아 온도 측정에 오차가 생겼다. 마지막으로 소량의 용질과 용매를 사용함에 따라 오차의 편차가 증가했을 것으로 보인다.
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참고 자료
Munson`s Fluid Mechanics 8판, 2018.02.28, 유체역학 7장(무차원 파라미터, pp321~336), 유체역학 8장(무디차트, halland eqation pp375~436), 유체역학 12장(원심펌프, pp663~679)
공업열역학 김동진, 박남섭외, 문운당
자동차융합실험 1, 자동차융합대학 출판사
카르노 기관 검색 : 위키백과
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%B9%B4%EB%A5%B4%EB%85%B8_%EA%B8%B0%EA%B4
내연기관 검색 : RF Wireless World
http://www.rfwireless-world.com/Terminology/IC-Engine-vs-EC-Engine.html
디젤엔진과 가솔린엔진 검색 : CARBERSHOP-네이버 블로그
https://blog.naver.com/carbershop?Redirect=Log&logNo=221362892063
일반화학실험교재, 서울시립대학교
McMurry*Fay, 일반화학2판
https://en.wikibooks.org/wiki/Structural_Biochemistry/Enzyme/Gibbs_free_energy
http://en.wikipedia.org/wiki/Thermodynamic_potential
https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%97%AC%EB%A6%84%ED%99%80%EC%B8%A0_%EC%9E%90%EC%9C%A0_%EC%97%90%EB%84%88%EC%A7%80
