단위조작이론및실험1 레이놀즈수 예비레포트

목차

1. 실험 목적
2. 이론
3. 실험 장치 및 시약
4. 실험 방법
5. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목적
유체가 관을 통하여 흐르는 모양을 관찰함으로써 흐름에 대한 유체 역학적 근사성을 이해하고 Reynolds Number를 결정해 본다.

2. 이론
2-1. 유체
유체는 외력이나 전단 응력의 작용에 따라 연속적으로 변형되는 물질로 정의되며, 크게 액체, 기체, 플라즈마 상태로 존재한다. 이러한 유체는 압축성 유체와 비압축성 유체로 구분되며, 압축성 유체는 밀도의 변화가 커 기체에서 주로 나타나고, 비압축성 유체는 압축에 따른 밀도의 변화가 미미하여 대부분의 액체가 이에 해당한다. 본 실험에서는 물을 사용하므로 비압축성 유체로 가정한다.
유체가 흐르는 과정에서 점성이 존재하면 내부 마찰력으로 인해 에너지 손실이 발생하며, 이를 점성 유체라 한다. 점성은 유체의 흐름 속도에 따라 전단 응력을 생성하며, 전단응력은 유체 내부의 평행한 두 면이 서로 미끄러지며 운동할 때 발생하는 응력이다. 뉴턴의 점성 법칙에 따르면 유체의 전단응력은 수직 방향에 대한 유속의 변화율에 비례하여 발생한다. 이러한 관계를 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다:
뉴턴 유체는 뉴턴의 점성 법칙을 만족해 전단응력과 속도의 변화율이 선형 관계를 가지며, 비뉴턴 유체는 뉴턴의 점성 법칙을 만족하지 못해 이러한 선형 관계를 따르지 않는다.

2-2. 흐름의 형태
점성력과 관성력의 상대적 크기에 따라 유체 흐름의 형태가 결정된다. 점성력은 유체의 흐름에 반대 방향으로 작용하여 흐름을 방해하는 역할을 하며, 관성력은 유체가 기존의 운동 상태를 유지하려는 힘으로 흐름 방향으로 작용한다.흐름 형태는 층류, 난류 및 전이 영역으로 구분된다.

참고자료

· Transition from laminar to turbulent flow in pipes, AIChE.
· 단위조작이론및실험1 실험노트, 2025, pp.5-7.
· James O. Wilkes, 윌키스의 화학공학 유체역학, pp.438~439.
· 장태익. 공학도를 위한 표준유체역학. 2019. pp.7-13, 246, 394-396.
· Yunus A. Cengel. Heat Transfer (6th ed.). McGraw-Hill, 2021. pp.341-343, 348.
· 김학준. 단위 조작 실험. 경남대학교, 1998. pp.35-38.