단위조작실험 A+ 레포트 수평관 흐름의 마찰손실

문서 내 토픽

1. 수평관 흐름의 마찰손실

이번 실험에서는 회차별로 유량을 달리해가며 유체인 물의 수두 높이 차를 측정해 평균 유속과 압력강하, 마찰손실, fanning의 마찰계수를 구하였다. 또한 유량에 따른 레이놀즈 수도 구해 유체의 흐름이 층류, 전이영역, 난류 중 어디에 해당하는지도 확인하였다. 마지막으로 레이놀즈 수를 이용해 마찰계수의 이론값을 구해서 실험값과 비교해보았다.
2. 마찰계수 이론값 계산

마찰계수의 이론값을 구하는 데 사용할 수 있는 공식은 흐름 양상에 따라 다르다. 만약 레이놀즈 수가 2100 이하인 층류 흐름일 경우에는 (1)번 공식을 사용하고, 레이놀즈 수가 3000이상 이하인 전이 영역 또는 난류 흐름일 경우에는 (2)번 공식을 사용한다. 레이놀즈 수 값을 계산한 결과 우리 실험에서는 1회차는 전이 영역, 2~5회차는 모두 난류 흐름이므로 (2)번 공식을 이용하였다.
3. 마찰계수 오차율 분석

마지막으로 마찰계수 이론값과 마찰계수 실험값 사이의 오차율을 구한다. 구한 오차율은 1회차가 96.0796%, 2회차가 96.1903%, 3회차가 96.3598%, 4회차가 96.5882%, 5회차가 97.1359%로 높은 수치가 나타난다. 오차의 원인으로는 pipe 주변으로 새던 물, 깨끗하지 않은 물 사용, 마노미터에 존재하던 기포 등이 있다.
4. 거친 관에서의 마찰계수

실험에서는 매끈한 관 조건에서 마찰계수를 구했지만, 만약 관의 표면이 거칠다면 마찰계수가 매끈한 경우에 비하여 매우 커진다. 거칠기 한 단위의 높이인 k를 거칠기의 매개변수라고 하고, D는 관의 지름이다. 따라서 마찰계수 f는 Re 및 상대 거칠기 k/D의 함수로 나타난다.
5. 단면 변화에 따른 마찰손실

유로의 단면이 갑자기 커지거나 줄어들면 마찰손실이 발생한다. 단면이 급격히 확대될 때의 마찰손실은 작은 유로에서의 속도두에 비례하며, 단면이 급격이 수축될 때 마찰손실도 작은 유로에서의 속도두에 비례한다. 이때 층류일 때는 축소손실계수를 무시할 수 있고, 난류일 때는 실험식으로 나타낼 수 있다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 주제2: 마찰계수 이론값 계산

마찰계수 이론값 계산은 관 시스템 설계 및 분석에 있어 매우 중요합니다. 대표적인 마찰계수 이론식으로는 Darcy-Weisbach 식, Colebrook-White 식 등이 있습니다. 이 식들은 관 표면 거칠기, 레이놀즈 수 등의 변수를 고려하여 마찰계수를 계산할 수 있습니다. 그러나 실제 현장 데이터와의 차이가 존재하므로, 이론값 계산 시 적절한 안전계수를 적용하거나 실험을 통한 검증이 필요합니다. 또한 관 시스템의 특성에 따라 적합한 이론식을 선택하는 것이 중요합니다.
2. 주제4: 거친 관에서의 마찰계수

거친 관에서의 마찰계수 특성은 관 시스템 설계 및 운영에 중요한 영향을 미칩니다. 관 내부 표면 거칠기가 클수록 마찰계수가 증가하며, 이에 따른 마찰손실도 증가하게 됩니다. 거친 관에서의 마찰계수 예측을 위해서는 Colebrook-White 식과 같은 이론식을 활용할 수 있습니다. 그러나 실제 현장 데이터와의 차이가 존재하므로, 실험을 통한 검증이 필요합니다. 또한 거친 관 표면 처리, 유속 조절 등의 방법을 통해 마찰계수를 최소화할 수 있습니다. 이를 통해 관 시스템의 에너지 효율성을 높일 수 있습니다.