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화공생명공학 요소실험2 베르누이의 원리(Bernoulli's principle)

2022 화공생명공학 요소실험Ⅱ베르누이(Bernoulli’s principle)목차실험 목적이론Data & ResultsDiscussionReference베르누이의 원리(Bernoulli’s principle)실험목..

리포트| 2022.12.01| 17페이지| 2,000원| 조회(172)

화공, 레이놀즈, 베르누이, 난류, Bernoulli, 수두손실, 요소실험, head loss

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일반물리실험1(1. 실험1-1 컴퓨터를 이용한 측정 및 자료분석, 1. 실험1-2 버니어 캘리퍼스 사용법)

일반물리실험1실험1-1 컴퓨터를 이용한 측정 및 자료분석실험1-2 버니어 캘리퍼스 사용법2022년 3월 16일목차-실험목적-실험결과-결과분석-질문-토의실험 1-1. 컴퓨터를 이용한 측정 및 자료분석실험목적에어트랙 글라이더를 사용한 실험으로 인터페이스(Interface)에 대해서 알아보고, 각각의 인터페이스 방법에 따라 나타난 데이터를 비교한다.실험결과① 초시계를 이용한 Interface 실험1. 추걸이의 질량(M): 3.8g2. B지점과 C지점 사이거리: 50cm (0.50m)3. 추걸이에 걸린 질량에 따른 B지점과 C지점 사이를 이동하는데 걸린 시간질량 (g)M+10M+30M+50시간 (s)0.570.530.49속도 (m/s)0.880.941.04. 질량증가에 따른 시간변화 graph5. 질량증가에 따른 속도변화 graph② 포토게이트를 이용한 Interface 실험1. 추걸이의 질량(M): 3.8g2. B지점과 C지점 사이거리: 50cm (0.50m)3. 추걸이에 걸린 질량에 따른 B지점과 C지점 사이를 이동하는데 걸린 시간질량 (g)M+10M+30M+50시간 (s)0.770.510.41속도 (m/s)0.650.981.24. 질량증가에 따른 시간변화 graph5. 질량증가에 따른 속도변화 graph③ 모션센서를 이용한 Interface 실험1. 추걸이의 질량(M): 3.8g2. B지점과 C지점 사이거리: 50cm (0.50m)3. 추걸이에 걸린 추의 질량에 따른 B지점과 C지점 사이를 이동하는데 걸린 시간추 10g(M+10)시간(s)1.625위치(m)0.154618723속도(m/s)0.013387439가속도(m/s^2)1.75505641.650.1551222830.034960823-0.198958411.6750.1563667640.003439519-0.652944371.70.1552942590.0023136041.23061771.7250.1564824440.0649704011.66817191.750.1585427790.0857221970.687426921..0633248230.179987551.7250.1571922810.0136338211.68558411.750.1580648390.020954385-0.230449891.7750.158240.0021113261.08544021.80.1581704050.0752263961.96645061.8250.162001320.10043385-0.278184451.850.1631920980.061317174-0.140744871.8750.1650671790.0933966110.076399871.90.1678619280.065137167-0.368151121.9250.1683240370.0749890550.879954031.950.1716113810.109134871.55813861.9750.173780780.152895982.682625720.179256180.243266162.57310152.0250.1859440880.281551061.03195572.050.1933337330.294863940.872557932.0750.2006872850.325178951.71929512.10.2095926810.38082871.59606972.1250.219728720.404982440.816609952.150.2298418020.42165921.02088672.1750.240811680.456026771.30600582.20.2526431410.486959491.1644072.2250.2651596540.514247121.15983322.250.2783554970.544951151.30112942.2750.2924072110.579303591.3080532.30.3073206760.610353791.09444012.3250.3229249010.634025591.08095272.350.3390219560.664401431.4072282.3750.3561449730.704386992.17498192.40.3742413060.773150531.02876422.4250.39480249900.0941.470.00140.0370.4691.480.00180.0450.751.490.00230.0520.751.50.00290.060.6561.510.00350.0660.4691.520.00420.0690.2811.530.00490.0710.3751.540.00560.0770.6561.550.00640.0840.6561.560.00730.090.5621.570.00820.0960.5631.580.00920.1010.4691.590.01020.1050.3751.60.01130.1090.6561.610.01240.1180.8441.620.01360.1260.5621.630.01490.1290.4691.640.01620.1350.4691.650.01760.1390.2811.660.0190.1410.2811.670.02040.1440.4691.680.02190.150.6561.690.02340.1580.8441.70.0250.1670.9371.710.02680.1760.751.720.02860.1820.2811.730.03040.182-0.1871.740.03220.178-0.0941.750.0340.180.6561.760.03580.1911.3131.770.03780.2061.3121.780.03990.2170.6561.790.04210.219-0.0941.80.04430.216-0.1881.810.04650.2160.2811.820.04860.2210.751.830.05090.2311.0311.840.05330.2420.9371.850.05570.2490.6561.860.05820.2550.4691.870.06080.2590.0941.880.06340.257-1.94E-141.890.0660.2590.5631.90.06860.2680.9381.910.07130.2770.9371.920.07410.2870.751.930.07710.2920.2811.940.080.2930.1881.950.08290.2960.3751.960.08590.30.3751.970.08880.00270.0841.7810.990.00370.1011.31210.00480.1110.751.010.00590.1160.5621.020.00710.1220.6561.030.00830.1291.0311.040.00970.1421.51.050.01120.1591.6871.060.01290.1761.5941.070.01470.1911.4061.080.01670.2041.2191.090.01880.2161.0311.10.0210.2250.9371.110.02330.2340.8441.120.02570.2420.8441.130.02810.2511.2191.140.03070.2661.6881.150.03350.2851.8751.160.03640.3041.51.170.03950.3151.0311.180.04270.3240.8441.190.0460.3320.6561.20.04930.3370.8441.210.05280.3491.3131.220.05630.3641.5941.230.060.3811.6871.240.06390.3971.51.250.0680.4111.2191.260.07210.4221.0311.270.07640.4310.8441.280.08080.4390.9371.290.08520.451.3121.30.08980.4651.4061.310.09450.4781.3131.320.09930.4911.4061.330.10430.5061.3121.340.10950.5171.0311.350.11470.5270.9371.360.120.5360.9381.370.12540.5461.0311.380.13090.5571.2191.390.13650.571.4061.40.14230.5851.51.410.14820.61.4061.420.15430.6131.2191.430.16050.6241.0311.440.16680.6340.9371.450.17320.6431.0311.460.17970.6541.2191.470.18630.6671.3121.480.1930.6811.3121.490.1999010.31091.0561.5941.920.32161.0731.7811.930.33241.0911.9691.940.34341.1121.9691.950.35461.1311.8751.960.3661.1491.7811.970.37761.1661.6881.980.38931.1831.5941.990.40121.1981.520.41331.2131.5942.010.42551.231.8752.020.43791.2512.0632.030.45051.2711.9692.040.46331.291.9692.050.47631.3111.9692.060.48951.3291.6872.070.50291.3441.4064. 질량증가에 따른 이동거리변화 graph5. 질량증가에 따른 속도변화 graph6. 질량증가에 따른 가속도변화 graph결과분석추걸이에 올리는 추의 질량이 증가하면, B지점에서 C지점(0.50m)을 통과하는데 걸리는 시간은 줄어들고, 속도는 커진다. 에어블로우가 마찰을 없애준다는 가정에 따라서 글라이더는 등가속도 운동을 한다. 따라서 시간에 따른 속도변화 graph는 일차함수의 일정한 기울기를 가진 직선으로 표현될 것이며, 시간에 따른 가속도변화 graph의 경우에는 상수 함수로 나타날 것이다. 하지만 모션센서와 로터리 모션센서로 얻은 데이터를 graph로 변환해 살펴보니까 시간에 따른 속도변화는 예상한 결과와 일치하지만, 시간에 따른 가속도 변화는 일정한 값을 갖지 않고, 위아래로 진동한다. 이는 측정과정에서 오차가 존재하기 때문이다. 모션센서와 로터리 모션센서를 통해 얻은 시간에 따른 속도변화 그래프를 보게 되면 추걸이에 걸린 추의 질량이 증가함에 따라서 그래프의 기울기가 증가하는 것을 알 수 있다. 그래프의 기울기는 가속도를 의미하므로, 추걸이에 걸린 질량에 따라 가속도, 즉 속도 증가율이 더 커짐을 알 수 있다. 이 글라이더의 속도식은 같음을 알 수 있다.질문Q1. 초시계를 이용한 Interface실험과 포토게이트를 이용한 Interface실험의 장단점은 무엇인가?초시계포과

자연과학| 2025.02.05| 20페이지| 2,000원| 조회(60)

자료분석, 버니어 캘리퍼스, 일반물리실험1, 컴퓨터를 이용한 측정

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캡스톤디자인2 생분해성 플라스틱을 사용한 3D 프린팅 산업현황, 기술동향 및 제작연구 평가A+최고예요

생분해성 플라스틱을 사용한 3D 프린팅 산업현황, 기술동향 및 제작연구목차0. abstract (개요)1. 생분해성 플라스틱의 종류 및 특징2. 생분해 평가 방식3. 3D 프린팅 기술 소개4. 3D 프린팅에 사용되는 생분해성 플라스틱의 기술 소개5. 실험과정6. 실험결과7. Discussion (토의)8. 친환경 플라스틱 활용사례Abstract최근 환경관련 문제들을 해결하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 플라스틱 때문에 발생되는 지구 오염이 증가하고 있고, 결과적으로 지구 전체가 피해를 받고 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위해서 생분해성 플라스틱에 관하여 연구를 진행하였다. 3D 프린팅에 사용되는 생분해성 플라스틱의 종류, 특징, 산업 동향과 기술을 알아보았고, 3D 프린팅을 활용한 플라스틱 제품 제작 및 재료의 따른 분해를 관찰하였다. 이번 연구를 통해 최신 플라스틱 관련 산업의 친환경 기술에 대한 이해력을 증진하고, 친환경 산업의 경쟁력과 가능성을 기대해본다.1. 생분해성 플라스틱의 종류 및 특징생분해성 플라스틱(biodegradable polymer)은 생산된 방식에 따라 natural, synthetic polymer로 구분된다. Natural polymer는 장기간의 진화를 거쳐 자연적으로 발생한 고분자를 의미하며 collagen, gelatin과 같은 단백질과 polysaccharides, nucleic acid 또는 지질을 포함한다. 이러한 natural polymer로부터 화학적 변형을 통해 향상된 특성을 가지는 새로운 biodegradable polymeric materials를 생산할 수 있다. Natural polymer와 유사한 구조를 가지도록 synthetic polymers를 인공적으로 합성할 수 있다. 고분자 사슬에 ester, amide, peptide bond를 포함하도록 합성한다면 생분해가 가능하다. Synthetic biodegradable polymer를 합성하는 데 여러 방식이 존재한다. Ring-Opening.Fig 3. 3D-printing techniques employed for PLA& PHA2. 생분해 평가 방식생분해성 플라스틱의 분해 능력이 얼마나 뛰어난 지 평가하는 방식으로 효소, 미생물, 토양을 이용하는 방법이 있다. 효소를 이용하는 방식은 효소의 가수분해 작용으로 고분자에서 얼마나 질량이 감소하였는가 또는 분자량이 얼마나 변화하였는가를 평가한다. 이 방식은 소요 시간이 짧고 결과값의 정량성 및 재현성이 우수하다는 장점이 있지만 고분자 사슬에 효소의 기질 특이성을 만족하는 부분이 존재해야 한다. 미생물을 이용하는 방식은 플라스틱에 곰팡이와 같은 균을 배양하여 오랜 기간 후에 곰팡이의 성장 상태를 확인하거나 미생물을 14C를 포함하는 고분자에 배양하여 14CO2의 발생량을 측정하는 방식으로 분해 능력을 평가할 수 있다. 토양에 의한 방식은 실제 쓰레기 처리 상황이나 자연 환경에서의 생분해 여부를 파악하는 방식으로 매우 긴 시간이 소요되고 재현성이 낮은 방식이다.2.1 응용분야고분자의 생분해 반응은 고분자의 표면에서 발생하므로 고분자의 크기, 모양, 표면적 등이 생분해 속도에 영향을 준다. 따라서 고분자의 표면, 물리, 화학적 특징은 생분해 반응에 중요한 요소이다. Microparticles는 고분자 등 다양한 종류의 재료로 만들 수 있고 약물 전달 방식에서 이점을 가지고 있어 치료 효과를 향상시킬 수 있다. 미립자를 생산하는데 필요한 재료는 약물의 종류, 치료 기간 등에 따라 달라진다. 항암 치료에서 마이크로 입자의 사용은 부작용을 줄이고 약물을 조절하고 표적화하는 것을 목표로 한다. 마이크로 입자의 구조는 환자의 생체 반응과 항암 치료 방식에 따라 달라질 수 있다. PLA/PLGA(poly lactic acid-co-glycolic acid)를 사용한 마이크로 입자는 생체 거부 반응이 적어 생체 내 치료과정에서 부작용이 발생하지 않아 가장 유망한 약물 전달 시스템 중 하나로 선택된다. PLA는 체내에서 약물을 지속적으로 방출하는 입자로 사용되어 백신자 모양을 갖는 것으로 확인되었다. SLS 3D 프린팅에서 유기 물질 인 고분자는 레이저에 의하여 가열과 냉각이 반복되면서 적층 되는 과정을 거치며 유기 물질 고유의 열 수축 및 팽창이 반복적으로 이루어지며 이는 적층 공정에 많은 문제점을 야기한다. 해당 문제의 해결을 위해 고분자 SLS 3D 프린터는 적층을 위한 항온 챔버가 필요하며 이로 인하여 프린터 가격 상승 및 적층 속도 감소가 발생하는 단점이 존재한다3.3 3D 바이오 프린팅 기술 현황3D 바이오 프린팅은 3D 프린팅의 기술 중 한가지로 살아있는 세포를 원하는 구조 및 패턴으로 배열하여 조직이나 장기를 제작하는 기술이다. 현재 피부나 장기, 뼈 이식의 경우 대부분 기증을 받아서 사용하는데 이식의 경우 적합한 조직이나 장기를 찾기가 어려우며 이식 받게 되더라도 자가면역 반응에 의한 문제점이 많다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서 조직공학 및 지지체 분야에서 생분해성, 생체 적합성을 가진 고분자 물질을 이용하여 인공 뼈, 치과 보철, 인공 혈관, 인공피부, 인공 장기, 바이오 칩 등 다양한 인공 대체물을 제작하는 연구가 활발히 이루어지고 있다3.4 3D 바이오 프린팅 기술 종류Fig 5. Bio-printer dispenser type. (a) inkjet bio-printer, (b) microextrusion bio-printer, (c) laser assisted bio-printer, (d) fused deposition modeling bio-printer3.4.1 잉크젯 바이오 프린팅 기술잉크젯 프린터는 일반적으로 가장 많이 사용되는 3D 프린터로 최초의 잉크젯 프린터는 2차원 기반이었다. 이 프린터를 3D 잉크젯 바이오 프린터로 만들기 위해 잉크재료를 생체재료로 바꾸고 종이역할을 하는 부분이 이동가능한 stage로 교체하였다. 하지만 잉크젯 바이오 프린터의 단점으로 정확도와 속도가 지적되어지는데 이를 개선한 프린팅 기술 두종류가 있다. 첫번째로는 열 조형 잉크젯 프린터이다. 산업에서 사용되는0만 달러의 시장규모로 바이오플라스틱 시장의 46%를 차지했다. 그러나 지속적인 성장에도 불구하고 2025년 114억 6,890만 달러로 바이오플라스틱 시장의 40%를 차지해 시장점유율이 조금 하락할 것으로 전망된다. 특히, 생분해성 플라스틱 중 가장 안정적인 물질인 PLA는 2025년 생분해성 플라스틱의 49%인 56억 4,850만 달러의 시장을 차지할 것으로 예상되며, 산업 퇴비에서만 생분해되기 때문에 PHA와 같은 가정용 퇴비나 해상 환경에서 생분해 가능한 플라스틱 개발에 영향을 미쳐 관련 시장의 확대를 주도할 것으로 예상된다.바이오매스 플라스틱은 2025년 바이오플라스틱 시장의 60%를 차지할 것으로 전망되어, 향후 시장을 주도할 것으로 예상된다. 특히, Bio-PET는 PET사용 분야의 대부분을 대체할 수 있기 때문에 2025년까지 28.2%의 높은 성장률로 바이오매스 플라스틱 시장의 76%인 1,550만 달러, 전체 바이오플라스틱 시장의 45%를 차지할 것으로 전망된다. 우리나라도 포장 및 용기 분야에서 바이오플라스틱의 성장률이 가장 높아 2025년 1억 9,060만 달러의 시장규모로 전체 시장의 65%를 차지할 것으로 전망된다.4.2 경쟁 현황바이오플라스틱은 높은 제조원가와 엄격한 환경규제에도 불구하고 2020년 기준 온실가스 배출 전망치를 30%감축시키고, 탄소세 부과를 대체할 수 있는 방안으로 떠오르면서 바이오플라스틱의 개발에 참여하는 기업이 급격하게 증가하고 있다. 국내 바이오플라스틱 시장은 약 4만 톤 규모로 국내 플라스틱 시장의 0.5%를 차지하며, 글로벌 바이오플라스틱 시장의 1~2% 내외를 점유하고 있다. 국내 생분해성 플라스틱 산업은 PLA, PBS, PBAT등 생분해성 원료 소재를 수입·가공해 플라스틱 제품을 생산하는 중소·중견기업을 중심으로 바이오플라스틱 전·후방 산업생태계가 구축되어 있으며, 생분해성 원료 소재는 대기업을 중심으로 아직 연구단계에 머물러 있는 상황이다. 기존의 석유화학 회사(SK, GS칼텍스, LG화학 등)와 발s상토 100%대조군(흙에 넣지 않은 Sample)18일 경과2022/11/8(화)~2022/11/25(금)28일 경과2022/11/8(화)~2022/12/5(월)촘촘한 플라스틱중간 플라스틱듬성한 플라스틱상토, 분변토 혼합대조군(흙에 넣지 않은 Sample)18일 경과2022/11/8(화)~2022/11/25(금)28일 경과2022/11/8(화)~2022/12/5(월)촘촘한 플라스틱중간 플라스틱듬성한 플라스틱분변토 100%대조군(흙에 넣지 않은 Sample)18일 경과2022/11/8(화)~2022/11/25(금)28일 경과2022/11/8(화)~2022/12/5(월)촘촘한 플라스틱중간 플라스틱듬성한 플라스틱6.4 PLA, large lens상토 100%18일 경과2022/11/8(화)~2022/11/25(금)28일 경과2022/11/8(화)~2022/12/5(월)촘촘한 플라스틱중간 플라스틱듬성한 플라스틱상토, 분변토 혼합18일 경과2022/11/8(화)~2022/11/25(금)28일 경과2022/11/8(화)~2022/12/5(월)촘촘한 플라스틱중간 플라스틱듬성한 플라스틱분변토 100%18일 경과2022/11/8(화)~2022/11/25(금)28일 경과2022/11/8(화)~2022/12/5(월)촘촘한 플라스틱중간 플라스틱듬성한 플라스틱6.5 Polyvinyl Alcohol (PVA)가 물에 닿았을 때 시간에 따른 표면 변화A. PVA 대조군 물에 닿지 않은 표면의 상태B. 매우 촘촘한 플라스틱 4 (물에 담갔다가 빼서 표면 관찰)*시간이 경과하면서 구조 붕괴가 관측된다. 물에 녹는 PVA의 성질이 나타난다.C. 매우 촘촘한 플라스틱 4 (주사기로 표면에 물방울 떨어뜨려 표면 관찰*주사기(syringe)를 활용해 물을 PVA 표면에 떨어뜨렸다. 물과 반응해 검은선이 두꺼워지게 표현된 것이 확인된다.D. 촘촘한 플라스틱 물에 담갔다가 빼서 표면관찰*PVA가 물과 반응해 생긴 구조 붕괴가 확인된다.E. 듬성한 플라스틱 (물에 담갔다가 빼서 표면관찰)*PVA가 물타났다.

공학/기술| 2025.02.05| 22페이지| 2,500원| 조회(137)

설계, 기술동향, 제작, 캡스톤디자인, 생분해성 플라스틱, 3D 프린팅

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화공생명공학 요소실험2 베르누이의 원리(Bernoulli's principle)

2022 화공생명공학 요소실험Ⅱ베르누이(Bernoulli’s principle)목차실험 목적이론Data & ResultsDiscussionReference베르누이의 원리(Bernoulli’s principle)실험목적(Purpose)Armfield F1-22의 배관을 흐르는 유체(물)가 pipe fittings(Bend, Change of area, gate valve)로 에너지 손실이 발생할 때 그에 대한 손실 계수를 결정한다.이론(Theory)본 실험은 Armfield F1-22의 배관을 물이 흐르면서 발생하는 에너지 손실에 대한 손실계수를 결정하는 것이다. 실험은 Pipe fittings(①Bend, ②Change of area, ③gate valve) 3가지에 대해서 각각 진행된다.모든 실험은 위 사진의 과정을 거쳐 손실계수가 결정된다.베르누이 방정식(Bernoulli’s Equation)물질 및 에너지의 입출입이 있는 균질한 계(System)에 대해, 1) 비압축성 유체 2) 흐름이 정상상태라는 2가지 가정으로 Generalized Bernoulli equation을 정할 수 있다.일반화된 베르누이 방정식에 3) 흐름에 일이 관여하지 않는다. (w=0) 4) 마찰이 없다. ()라는 가정이 추가되면 베르누이 방정식 이 된다.Head of the fluid베르누이 방정식을 중력가속도 g로 나누어 단위 질량당 에너지와 관련된 식을 얻을 수 있다.위 식은 마찰이 없는 이상적인 액체에 대한 것으로 실제 액체가 관을 통할 경우 head loss가 발생한다.Head loss실제 흐르는 유제의 점도와 파이프의 굴곡 등 흐름을 방해하는 원인들로 인해 생기는 에너지 손실을 Head loss라고 한다.Major head loss는 관의 총 길이에 걸쳐 발생하는 점성 저항(viscous resistance)에 의한 손실을 뜻한다. Minor head loss는 밸브, 흐름면적의 갑작스러운 변화, 굽음(bend) 등의 국부적인 영향으로 인한 손실이다.①을 지나서 ②를 통해 r)예를 들어, 대기압이 기준 압력(1atm=1013.25hPa=1.01325bar=10.3352m water)이고, 사용된 유체가 액체상태의 물인 경우를 압력헤드로 표현해본다.실험방법 변경사항Flow control valve의 마모가 심해 벤치를 이용해서 직접 돌렸다. 이로 인해 유량을 조절하는 것의 어려움이 존재했다.Data & ResultsDataCase1Q[L/min]Long BendShort BendElbow BendMitre BendP1mmH2OP2mmH2OP1mmH2OP2mmH2OP1mmH2OP2mmH2OP1mmH2OP2mmH2O8.2*************8426525122710.*************27624823019412.**************************5.**************************6.*************28419915362Q[L/min]Long bendShort bendElbow BendMitre Bend8.2-49.02-68.63-186.3-235.310.1-58.82-98.04-274.5-352.912.1-78.43-147.1-421.6-460.815.1-98.04-245.1-686.3-696.116.9-117.7-323.5-833.3-892.2Q[L/min](Pressure Head)Long BendShort BendElbow BendMitre Bend8.210.112.115.116.9Case2Q[L/min]Area EnlargementArea ContractionP1 [mmH2O]P2 [mmH2O]P1 [mmH2O]P2 [mmH2O]8.2*************0.*************12.*************15.*************16.*************Q[L/min]EnlargementContraction8.229.4-11810.149.0-17612.168.6-25515.188.2-39216.9137-500Case3Valve 1(반 바퀴 닫았을 때)Valve 2 ( 바퀴 , Mitre)의 bend에서의 압력강하를 측정한다. 관 유입구와 유출구의 직경이 D=0.0183m로 동일하므로 이다.(Pressure Head) [m]압력 P의 경우 마노미터를 이용해 mm H2O단위로 측정된다. 를 활용하여 Pa 단위로 바꾼다. (25℃ 기준) ,Q[L/min](Pressure Head)Long BendShort BendElbow BendMitre Bend8.210.112.115.116.9Q[L/min](Head loss)Long BendShort BendElbow BendMitre Bend8.210.112.115.116.9Q는 L/min 단위로 측정한다.를 활용해서 SI단위인 m3/s로 변환한다. D2=0.0183m를 이용해서 를 구한다.Q [L/min]8.2010.112.115.116.9Q [m3/s]0.5210.6390.7680.9581.07272.2848.0533.2621.3817.07손실계수Loss coefficientQ[L/min]KLong BendShort BendElbow BendMitre Bend8.20.36230.50721.3771.73910.10.28900.48151.3491.73412.10.26670.50021.4341.56715.10.21420.53581.5001.52216.90.20540.56471.4541.557Q vs K graphCase2(velocity Head)로 구한다. 로 단위를 환산한다.단면적(파이프 직경)의 변화Enlargement 유입구,1=Contraction 유출구,2=0.0183mEnlargement 유출구,2=Contraction 유입구,1=0.0240mQ[L/min]EnlargementContraction8.20.5200.3020.3020.52010.10.6400.3720.3720.64012.10.7670.4460.4460.76715.10.9570.5560.5560.95716.91.070.6230.6231.07Q[L/min]EnlargementContraction8.210.112.115.1dCase3은 pressure gauge를 통해 [bar]가 직접 측정된다. Bar단위로 측정되기에 105배 하여 Pa로 단위 환산을 한다.Valve1(반 바퀴 닫았을 때)Valve2 ( 바퀴 닫았을 때)Valve3 (1바퀴 닫았을 때)Q [L/min]Q [L/min]Q [L/min]5.5-3.075.4-5.115.8-7.167.0-5.116.7-8.187.1-11.28.8-8.187.9-11.27.5-12.89.7-10.28.5-13.38.0-14.311.8-15.38.9-15.38.5-16.4[m]Valve1 (반 바퀴 닫았을 때)Valve2 ( 바퀴 닫았을 때)Valve3 (1바퀴 닫았을 때)Q[L/min]Hloss[m]Q[L/min]Hloss[m]Q[L/min]Hloss[m]5.53.075.45.115.87.167.05.116.78.187.111.28.88.187.911.27.512.89.710.28.513.38.014.311.815.38.915.38.516.4Q L/min에서 m3/s으로 단위 환산을 한다. 을 활용한다.D2=0.0183m를 대입해 [m/s]를 구한다.Valve1 (반 바퀴 닫았을 때)Valve2 ( 바퀴 닫았을 때)Valve3 (1바퀴 닫았을 때)Q[L/min][m/s]Q[L/min][m/s]Q[L/min][m/s]5.50.3495.40.3425.80.3687.00.4446.70.4257.10.4508.80.5587.90.5017.50.4759.70.6158.50.5398.00.50711.80.7488.90.5648.50.539Valve1 (반 바퀴 닫았을 때)Valve2 ( 바퀴 닫았을 때)Valve3 (1바퀴 닫았을 때)Q[L/min]KQ[L/min]KQ[L/min]K5.54955.48575.810377.05096.78897.110858.85157.98757.511139.75298.58988.0109111.85378.99448.51108Q vs KDiscussionCase1Case1에서는 4종류의 Bend(Long, Short, 따른 유량의 변화로 K값의 변화를 확인하는 실험이다. 일정한 직경의 관을 흐르던 유속이 단면적이 넓어지거나 좁아지면 유동 박리 현상이 일어난다. 면적이 변하는 지점에서는 와류가 형성되어 loss가 일어난다.Q에 대한 K graph를 보면 K값은 유량에 따라 오르내림이 존재한다. 일정한 경향성이 없이 무작위적으로 나타난 이유를 레이놀즈 수와 관련되어 해석했다.Turbulent flow(난류)의 motion은 random하다. 일반적인 베르누이 방정식은 유체가 흐르며 생기는 마찰로 인해 유체는 에너지를 잃게 된다. Pipe와 유체입자와의 충돌과 마찰로 인해 Head loss가 생긴다. Head loss를 유체입자와의 충돌 횟수에 비례한다고 가정하면 5가지 유량은 비슷한 레이놀즈 수를 갖게 된다. 즉, 비슷한 세기의 turbulent flow이다. 레이놀즈 수가 크게 차이 나지 않는 flow의 pipe와의 충돌빈도는 random하고, K값이 요동치는 이유가 된다.Enlargement K값의 경우에는 1.24에서 1.39사이 값이 나온다. Contraction의 경우 0.197에서 0.216사이의 값이 나온다. Enlargement가 contraction보다 Head loss가 컸다는 사실을 확인할 수 있다.면적차이로 인한 와류 발생시, Enlargement는 직경이 작은 곳에서 큰 곳으로 확대되기 때문에, 면적이 큰 부분에서 와류가 발생한다. 이런 이유로 Enlargement에서 loss가 더 크게 발생하고, K값이 큰 것이다.Case3Case3에서는 Valve의 열림 정도에 따라 유량을 다르게 하여 loss coefficient K를 구한다. Valve가 많이 열려 있을수록 K값은 감소하고, 유량이 증가할수록 K값이 증가하는 경향이 있는 것을 확인할 수 있다.Darcy-Weisbach equation 은 일정한 길이의 파이프에서 유체가 흐를 때 마찰로 인한 압력 손실 또는 수두 손실과 비압축성 유체 흐름의 평균 속도를 관련시키는 상태 방정식이다. Head loss

공학/기술| 2022.12.01| 17페이지| 2,000원| 조회(172)

화공, 레이놀즈, 베르누이, 난류, Bernoulli, 수두손실, 요소실험, head..

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화공생명공학 요소실험 물질전달(기체의 확산계수 결정)

2022 화공생명공학 요소실험Ⅱ물질전달(Measurement of the gaseous diffusion coefficient)목차실험목적이론Data & ResultsDiscussionReferenceMeasurement of the gaseous diffusion coefficient실험목적액체가 기체 속으로 증발되어 퍼져 나가는 확산 현상을 이해하고, 서로 다른 성질을 가지는 다양한 물질들의 확산 계수를 비교∙측정한다.실험이론Mass diffusion equation (Fick’s 1st law)확산(Diffusion)이란 물질이 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 현상이다. 물질 A의 확산으로 인한 전달을 몰 유속(molar flux)으로 표시하면 (: 물질 A의 물질 B로의 확산 계수). 이 식을 Fick’s 1st law라고 하며, 정상 상태(steady-state)조건 하에서 단위면적당 확산되는 물질의 유속은 농도 기울기에 비례한다.1-D molar flux balance물질의 이동현상에 관여하는 현상에는 확산(Diffusion)과 bulk fluid motion에 따른 대류(mass convection)가 존재한다. 전체 몰 유속은 확산현상에 의한 몰 유속과 대류에 의한 몰 유속의 합으로 나타낸다. Total molar flux of A = Molar diffusive flux of A + molar convective flux of A. 수식으로 표현하면 이다.Outline of experimental theory물질 A가 공기 B를 통해 증발되어 날아가는 상황이다. Position1 위 공간은 공기 B의 bulk flow로 물질 A의 농도를 0으로 유지한다. () 또한 물질 이동이 거의 없는 공기 B의 경우 NB=0이라고 할 수 있다. 식 (2)는 이 된다.이상기체라고 가정하면 를 통해 이다.양변을 적분하면 이 되고, 대수평균농도차 (log mean concentration difference, CBm)로 표시하면 이 된다.이므로 이다.용액이 증발하는 속도를 고려하면 이다. 따라서 식 (7)은 (8)이 된다. 시간 t에 대해 적분하면 t=0일 때, L=L0이므로 (9)이다. 식 (9)를 (L-L0)에 대한 의 식으로 보면, 기울기 로 식 (10) 을 얻는다.Data & Result30℃, 300s 간격으로 사진을 찍어 값과 값을 구한다. 초기 값이 불안정해 600초 지난 데이터부터 사용해서 추세선을 얻었다.기울기 값을 에 대입해 Diffusion Coefficient를 구한다.30℃에서 아세톤의 증기압을 Antoine eqn()으로 구하면 다음과 같다.실험 압력을 대기압으로 가정하면40℃기울기40℃에서 아세톤의 증기압은 Antoine eqn으로을 구할 수 있다.실험압력을 대기압으로 가정하면,Discussion이론적인 Diffusion Coefficient 관계식들과 실험 값 비교Chapman-Enskog TheoryA는 아세톤, B는 air 값을 사용했다.30℃(303.15K)일 때, 이며 대응하는 이다.40℃(313.15K)일 때, 이며, 대응하는 이다.온도이론값(m2/s)실험값(m2/s)오차율(%)30℃(303.15K)79.240℃97.8Chapman-Enskog eqn을 활용해 일정 압력(본 실험에서는 1atm)에서 특정 온도의 확산 계수 값을 통해 다른 온도에서의 확산 계수 값을 얻을 수 있다.Gaseous Diffusion Coefficients from Kinetic Theory기체 분자 운동 모형의 가정기체는 질량이 m인 연속적인 무작정 운동을 한다.분자 간 상호 충돌로 날아가는 평균 거리에 비해 작은 지름을 가지고 있어 지름의 크기를 무시할 수 있다.분자 간 짧고 수시적인 탄성 충돌만을 일으킨다.분자운동론은 이상기체라는 가정하에 전개되고, 기체 간 충돌은 한 번에 두 분자만이 충돌하며, 딱딱한 구형이다.30℃ (303.15K)40℃(313.15K)Temp(℃)D이론값(m2/s)D실험값(m2/s)오차율(%)3099.64098.8Kinetic model에서 일정 압력에서 특정 온도에서의 확산 계수는 다음과 같다.오차원인실험초기 그래프가 직선에서 벗어나는 이유시료 주입 후 기다리는 이유는 유리관 벽면의 아세톤이 흘러내리고 시료의 온도가 설정 온도와 같아지도록 하기 위함이다. 기다린 시간이 충분하지 못해 오차가 발생하였다.육안관측의 오차본 실험에서는 관 옆의 눈금자가 측정의 척도가 된다. L값을 정확하게 읽는 것이 중요한 데 Meniscus 즉 모세관 현상에 의해 관 안의 액체 표면이 이루는 곡면이 액면과 수평의 위치인 값이 기울어짐이 발생해 오차가 발생했다.L-Lo값의 측정을 육안으로 하였다. 사진을 보고 대략적인 L-L0값을 측정한 것이므로 그 값이 불확실하다.ReferenceUnit Operations of chemical engineering 7th edition, Warren L. McCabe, McGrawHill Education, 2005, pp. 527~, pp.1111~1112참고문헌Incropera, Principles of Heat and Mass transfer global edition, Wiley, 2017

공학/기술| 2022.12.01| 8페이지| 2,000원| 조회(160)

기체, 확산계수, 물질전달, 요소실험

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화공생명공학 요소실험 DPHE(Double Pipe Heat Exchanger) 레포트

2022 화공생명공학 요소실험ⅡDPHE (Double Pipe Heat Exchanger)목차실험목적이론Data & ResultsDiscussionReference실험 목적Double pipe를 이용해 병류(co-current)와 향류(counter-current)에 대한 실험결과를 비교한다. 개별 열전달계수(individual heat coefficient)와 총괄 열전달계수(overall heat coefficient)를 계산한다. 열전달 메커니즘(heat transfer mechanism)에 대해 분석한다.이론열전달(Heat transfer): 온도구배에 의해 전달되는 열에너지로 두 개의 물체가 열적 접촉이 일어날 때 높은 온도에서 낮은 온도로 열이 전달되는 현상이다. 방식에는 전도(conduction), 대류(convection), 복사(radiation)가 있다.전도(Conduction): 1차원 평면 벽의 경우, 반응 속도식은이다. 정상상태(steady state) 즉 온도분포가 선형일 경우에는 이 되어 이 된다.대류(Convection)의 반응 속도식(rate equation)은 다음과 같다.복사(Radiation)의 반응 속도식은 다음과 같다.열교환기(heat exchanger): 물질 간 에너지를 전달하는 데 사용된다. 보일러, 증발기, 과열기, 응축기, 냉각기 등이 존재한다. 열교환기는 벽으로 분리된 서로 다른 온도의 유체 사이의 열을 교환해주는 장치이다. 열전달은 복사, 전도, 대류의 물리적 과정을 포함한다.DPHE(Double Pipe Heat Exchanger):DPHE는 표면이 100~150ft2 이하일 때 유용하다.DPHE의 동심튜브구조(concentric tube construction)에서 하나의 유체가 파이프 내부로 흐르고, 다른 유체는 그 파이프와 첫 번째 파이프를 둘러싼 다른 파이프 사이를 흐른다. 이 두 유체의 흐름이 서로 같으면 병류(co-current)라고 한다. 유체의 흐름이 서로 반대인 경우에는 향류(Counter-그리고 유체가 열교환기를 통해 이동하면서 열 역시 같이 이동하는 데 이것을 대류(convection)라고 부른다.대류는 흐름의 성격에 의존한다. 자연에서 발생하는 흐름에는 층류(laminar flow)와 난류(turbulent flow)가 있다. 관 내부의 흐름이 층류 또는 난류인가는 관의 지름, 유체의 속도, 유체의 점성(viscosity)과 관계 있다. 층류는 유체 입자들이 서로 나란히 매끄럽게 움직인다. 난류는 파동과 소용돌이가 계속해서 생겼다 사라지곤 한다. 유체 내에서 관의 표면으로의 층류의 열전달은 주로 전도이다.병류(Co-current)와 향류(Counter-current)의 개별 열전달 계수IN (Hot Water)Out (Cold Water)Data & Results실험 1. 50℃, 유량 1.0(L/min), Co-current평균온도(Th, Tc)Temperature(℃)Inlet (Ti)Outlet (To)Average()Th(℃)45.539.842.7Tc(℃)18.323.921.1교환기내의 온수 및 냉수의 속도(vh, vc)Pipe부피 유량(q)(L/min)속도()(m/s)Inner(Hot flow)1.20.099472Outer(Cold flow)1.00.060286냉수 및 온수의 무차원 수(Re, Pr, Nu)Temperature(℃)밀도()(kg/m3)점도, 점성계수 () ()비열()열전도도()Hot(42.7℃)991.10141820.634218Cold(21.1℃)997.96241830.600336Inner(Hot flow)Outer(Cold flow)RePr()Nu열전달계수 (Heat transfer coefficient)Inner(Hot flow)Outer(Cold flow)h()총괄 열전달계수 (Overall heat transfer coefficient)Inner(Hot flow)Outer(Cold flow)U()열 전달률(Heat transfer rate)Inner(Hot flow)Outer(Cold flow)q(W)2.1.()Nu열전달계수(Heat transfer coefficient)Inner(Hot flow)Outer(Cold flow)h()총괄 열전달계수(Overall heat transfer coefficient)Inner(Hot flow)Outer(Cold flow)U()열 전달률(Heat transfer rate)Inner(Hot flow)Outer(Cold flow)q(W)2.1.실험3) 50℃, 유량 1.5(L/min), Co-current평균 온도(Th, Tc)Temperature(℃)Inlet (Ti)Outlet (To)Average()Th(℃)44.338.341.3Tc(℃)18.122.220.2교환기내의 온수 및 냉수의 속도(vh, vc)Pipe부피 유량(q)(L/min)속도()(m/s)Inner(Hot flow)1.20.099472Outer(Cold flow)1.50.090429냉수 및 온수의 무차원 수(Re, Pr, Nu)Temperature(℃)밀도()(kg/m3)점도, 점성계수 () ()비열()열전도도()Hot(41.3℃)991.6510.00063841820.632342Cold(20.2℃)998.1590.00099741830.598752Inner(Hot flow)Outer(Cold flow)RePr()Nu열전달계수(Heat transfer coefficient)Inner(Hot flow)Outer(Cold flow)h()총괄 열전달계수(Overall heat transfer coefficient)Inner(Hot flow)Outer(Cold flow)U()열 전달률(Heat transfer rate)Inner(Hot flow)Outer(Cold flow)q(W)2.1.실험4) 50℃, 유량 1.5(L/min), Counter-current평균 온도(Th, Tc)Temperature(℃)Inlet (Ti)Outlet (To)Average()Th(℃)45.339.342.3Tc(℃)18.023.820.9교환기내의 온수 및 냉수의 속도(vh, vc)Pipe부 전달률(Heat transfer rate)Inner(Hot flow)Outer(Cold flow)q(W)2.1.실험5) 60℃, 유량 1.5 (L/min), Co-current평균 온도(Th, Tc)Temperature(℃)Inlet (Ti)Outlet (To)Average()Th(℃)54.045.349.7Tc(℃)18.324.921.6교환기내의 온수 및 냉수의 속도(vh, vc)Pipe부피 유량(q)(L/min)속도()(m/s)Inner(Hot flow)1.10.091183Outer(Cold flow)1.50.090429냉수 및 온수의 무차원 수(Re, Pr, Nu)Temperature(℃)밀도()(kg/m3)점도, 점성계수 () ()비열()열전도도()Hot(49.7℃)988.1740.0005504181.060.64322Cold(21.6℃)997.8530.00096641830.60122Inner(Hot flow)Outer(Cold flow)RePr()Nu열전달계수(Heat transfer coefficient)Inner(Hot flow)Outer(Cold flow)h()총괄 열전달계수(Overall heat transfer coefficient)Inner(Hot flow)Outer(Cold flow)U()열 전달률(Heat transfer rate)Inner(Hot flow)Outer(Cold flow)q(W)2.1.실험6) 60℃, 유량 1.5(L/min), counter-current평균 온도(Th, Tc)Temperature(℃)Inlet (Ti)Outlet (To)Average()Th(℃)53.745.249.5Tc(℃)17.725.121.4교환기내의 온수 및 냉수의 속도(vh, vc)Pipe부피 유량(q)(L/min)속도()(m/s)Inner(Hot flow)1.20.099472Outer(Cold flow)1.50.090429냉수 및 온수의 무차원 수(Re, Pr, Nu)Temperature(℃)밀도()(kg/m3)점도, 점성계수 () ()비열()열p4(50℃, 1.5(L/min), Counter)Exp5(60℃, 1.5(L/min), Co)Exp6(60℃, 1.5(L/min), Counter)파이프의 온도변화를 확인하면, Inner pipe 입구에서 출구로 물이 이동하며 온도가 감소한다. Outer pipe의 경우 입구에서 출구로 이동하면서 온도가 증가한다. 뜨거운 물과 차가운 물 사이에 열교환이 발생한다.흐름의 방향에 따라 온도변화의 크기를 비교하면 Counter-current의 경우가 Co-current보다 온도 변화가 크다. 즉, counter-current에서 열교환이 더 잘 일어난다.Counter-current의 열 전달율(q)heat transfer rate이 co-current보다 높은 이유Co-currentCounter-current50℃, 1.0(L/min)Inner(Hot flow)1. 212W2. 165WOuter(Cold flow)1. 2112. 162Inner(Hot flow)1. 209W2. 162WOuter(Cold flow)1. 2092. 16050℃, 1.5(L/min)Inner(Hot flow)1. 257W2. 189WOuter(Cold flow)1. 2562. 187Inner(Hot flow)1. 263W2. 193WOuter(Cold flow)1. 2622. 19060℃, 1.5(L/min)Inner(Hot flow)1. 347W2. 256WOuter(Cold flow)1. 3462. 251Inner(Hot flow)1. 354W2. 260WOuter(Cold flow)1. 3542. 255Co-currentCounter-currentCounter-current에서 열 교환이 잘 일어나며, co-current가 열 전달율이 크다.Heat flux[W/m2]는 이며, 는 접촉하는 순간 뜨거운 물과 차가운 물의 온도 차이를 나타낸다. 큰 온도차가 상대적으로 오랫동안 유지되는 Counter-current의 경우에서 효율적인 열 교환이 일어난다.온도가 증가할수록, 유속이 빠ill

공학/기술| 2022.12.01| 25페이지| 2,500원| 조회(476)

화공, 열전달, 물질전달, 요소실험, DPHE

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