유체관로의 부손실

소개

유체관로의 부손실에 관한 실험

목차

1. 실험 목적
2. 실험 관련 이론
3. 실험장치 및 방법
4. 실험 결과 및 토의
5. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목적
관 속에 유체가 흐를 때에 관마찰 손실(주손실) 이외에 단면 변화, 곡관부, 벤드, 엘보, 연결부, 밸브, 기타 배관 부품에서 생기는 손실을 통틀어서 부차적 손실(minor loss)이라 한다. 이번 실험은 유체관로내의 주손실과 부차적 손실을 관찰하고 실험적으로 손실의 측정법을 숙지하며, 그 의미를 이해한다.

2. 실험 관련 이론
■관내 유동
- Fully Developed Flow
관내의 유동은 벽에서 점성에 의해 경계층이 발달되어 관의 중심으로 성장하게 된다. 이러한 경계층이 관의 중심까지 성장하게 되면 이 후에는 관내의 유동의 속도 분포가 더 이상 변화하지 않는다고 가정하게 되는데 이를 Fully developed flow이라고 한다.
- Entry Length
입구에서부터 Fully developed flow이 발생하는 위치까지의 거리를 말한다. 관의 직경이 d인 경우, Laminar flow의 Entry Length는 약 60d 근처이고 Turbulent Flow는 대략적으로 10d ~ 40d 사이 정도로 입구에서의 유동 조건에 따라 차이가 있다. 이러한 Boundary Layer의 성장은 벽 근처에서의 속도를 감소시키게 되고, 연속 방정식을 만족시키기 위해 관 중심에서의 유동속도는 증가하게 된다.
- 실제 관내 유동의 특징
관내의 유동을 비압축성, 정상유동으로 가정하고, 관내의 중심에 위치한 Stream Line에 Bernoulli Equation을 적용하면 후류로 가면서 속도는 증가하고 압력은 감소하게 된다. 관내 유동이 Laminar flow인지 Turbulent Flow인지에 따라서 속도 분포의 형태가 포물선형 또는 로그함수 형이 된다. 일반적으로 관내의 유동에서 Laminar flow에서 Turbulent Flow로 천이가 발생되는 Reynolds Number는 관 직경을 특성 길이로 선택하면 입구의 난류 강도, 조도 등에 따라 변하지만 대체로 약 2300정도이다. Reynolds Number가 증가하면 유동이 불안정해지면서 작은 교란이 생기면 쉽게 Turbulent Flow로 발전하게 된다. 관내를 흐르는 유동은 마찰(유체점성에 의해 발생되어 영향이 관내부로 확산)로 인하여 모멘텀을 잃게 되며 결과적으로 압력 손실이 발생한다. 따라서 유체를 이송하기 위해 설치된 배관 시스템은 이러한 손실을 보상해 줄 수 있는 만큼의 에너지를 공급하는 동력원이 필요하게 된다. 대표적인 동력원은 펌프나 압축기와 같은 장치를 들 수 있다.
- 관내에서 발생하는 손실
관에서 일어나는 손실은 일반적으로 크게 두 가지로 분류한다. 이는 압력손실의 주 원인이 마찰에 기인하는 주손실(Major loss)과 형상에 의한 압력손실이 주 원인이 되는 부손실(minor loss)이다. 그러므로 주손실은 길이가 긴 직관에서 주로 발생하고 부손실은 배관의 이음들(fitting)과 밸브 등에서 발생하는 손실이다.
- 유량계와 토출계수

참고자료

· [유체역학] 유상신,유정열,박재형,장근식,서상호,이계한,신세현 공저 사이텍미디어(2005)p441
· [실험 유체역학] 모양우, 나기태, 박길문, 이행남, 유영태 공저 보문당(2000) p127