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열유체실험 HVAC 실험 보고서 평가A+최고예요

과제 보고서과 목 명:제출일자:학 과:학 번:이 름:HVAC SystemHVAC System1. 실험 주제HVAC System2. 실험 목적HVAC System의 구동원리와 Psychrometric Chart를 이해한다.3. 기초 이론1) HVAC System의 의미, 원리, 구성요소HVAC(heating, ventilation & air conditioning) 시스템은 난방, 환기, 냉방, 공기조화를 뜻하며 사람 또는 물품에 공기조화의 사대요소(온도, 습도, 기류, 청정도)를 목적에 알맞은 상태로 조정하여 쾌적한 환경을 조성하는 것이 주목적이다.난방을 목적으로 하는 히터는 다양한 연료를 사용하며 열은 대류, 전도 또는 복사에 의해 전달될 수 있다.환기를 목적으로 하는 기계(자연) 환기 시스템은 팬 등과 같은 기계로 실내 공기 품질을 제어하여 습도, 냄새, 오염물질 등을 외부 공기와 희석 또는 교체하여 제어할 수 있다.냉각을 목적으로 하는 에어컨 시스템은 냉각 사이클을 돌면서 내부 공기의 냉각을 담당한다. 냉각 사이클 속의 냉매는 기화와 액화를 통해 내부 공기의 열을 흡수하고 외부에 방충한다.제습을 목적으로 하는 증발기는 이슬점 이하의 온도에서 작동하여 공기 중의 수분이 증발기 코일 튜브에서 응축된다. 수분은 팬에 있는 증발기의 바닥에 수집되고 연결된 배관을 통해서 제거된다.2) HVAC System의 적용사례초고층 건물을 비롯한 중대형 산업, 오피스 건물의 설계, 수족관, 자동차 공조장치 등3) Psychrometric Chart에 담긴 정보와 읽는 방법(1) 건구온도선(℃) : 일반 온도계의 온도로서 수평선이며 오른쪽으로 갈수록 고온이다.(2) 절대습도선(kg/kg') : 선도의 제일 오른쪽에 위치하고 수직선이며 위로 갈수록 값이 커진다.(3) 습구온도선(℃) : 엔탈피 선과 비슷하게 진행되며 건구온도와 같은 온도가 되는 경우는 상대습도가 100%인 포화공기 상태이다.(4) 엔탈피선(kcal/kg) : 어떤 점의 습공기가 가지고 있는 열량을 나타내며 오른쪽 상향으로 갈수록 값이 커진다.(5) 비체적선(㎥/kg) : 어떤 점의 습공기의 단위 중량당 체적을 나타내며 송풍량을 무게로 환산할 때 필요함.(6) 현열비선(SHF) : 공기에 가해지는 전체열량(현열 + 잠열)에 대한 현열의 비율을 말함. 현열비 = 현열/(현열+잠열)(7) 열수분비선(u) : 절대습도 변화에 대한 엔탈피 변화의 비를 말함. 열수분비 = 엔탈피변화 / 절대습도변화4) 절대/상대습도, 건구온도, 이슬점온도, 엔탈피의 정의절대습도: 공기 1㎥ 중에 포함된 수증기의 양을 그램(g)으로 나타낸 것.상대습도: 공기 중에 최대로 들어 있을 수 있는 수증기의 양(포화수증기량)과 비교해서 현재 들어 있는 수증기의 양을 퍼센트로 나타낸 것.이슬점온도: 공기가 포화되어 수증기가 응결할 때의 온도를 말하거나, 불포화 상태의 공기가 냉각될 때 포화되어 응결이 시작되는 온도. 공기의 온도와 이슬점의 온도가 같아지는 순간 공기 안의 수증기가 액화됨.엔탈피 열역학적 계에서 뽑을 수 있는 에너지. 내부에너지와 계가 부피를 차지함으로부터 얻을 수 있는 에너지의 합. H = U + PV4. 실험 내용 및 순서1) HVAC 시스템의 전원을 킨다. (POWER: ON & ON 스위치 작동)2) FAN을 작동시키며 5분간 대기한다.3) HVAC 시스템의 초기 전압과 전류를 측정한다. (225V, 0.1A)2) 히터를 3분 동안 작동 후 2분 동안 정지하여 평형상태가 되었을 때 건구온도와 상대습도를 측정한다.3) 가습기를 3분 동안 작동 후 2분 동안 정지하여 평형상태가 되었을 때 건구온도와 상대습도를 측정한다.4) 에어컨을 3분 동안 작동 후 2분 동안 정지하여 평형상태가 되었을 때 건구온도와 상대습도를 측정한다.5) 예상한 결괏값과 실험값을 비교한다.5. 실험 결과1) 실험에서 측정한 건구온도와 상대습도를 이용하여 Psychrometric Chart를 보고 절대습도와 엔탈피를 찾아표를 정리한다.2) 히터, 가습기, 냉동기 가동 전 후 온도, 습도 변화를 정리하고 고찰한다.1. 초기값으로부터 히터는 전체적으로 엔탈피가 증가하였다.2. 초기값으로부터 히터를 틀었을 때 전체적인 절대습도량이 증가하였다.3. 가습기 가동 후 4번의 상대습도는 상당히 증가하였으며, 나머지 구역은 소폭 증가하였다.4. 가습기 가동 후 전체적인 건구온도가 소폭 감소하였다.5. 냉동기를 가동 후 상대습도량이 줄어들었다.6. 냉동기를 가동 후 전체적인 온도가 소폭 줄어들었다.6. 비고 및 고찰1) 공기의 엔탈피 증가량 비교＆ 차이가 생긴 원인 3가지1. 전력식을 이용한 전체 시스템의 초기->히터 작동시 엔탈피 유입량 계산시스템`크기`v=1.4 TIMES 0.7 TIMES 0.2-1 TIMES 0.3 TIMES 0.2=0.136m ^{3}#공기`밀도` rho =1.2kg/m ^{3}#가동`시간`t=`180`s#시스템`질량`m= rho v=0.1632kg#초기`상태;`전압`V=225[V`],`전류`I=0.1[A]#히터`작동;`전압`V=`225[V`],`전류`I=4.7`[A]#전력식`P=VI``[J/s],#시스템에`유입된`시간당`열량`P=VI=225 TIMES (4.7-0.1)=1035`[J/s]#시스템에`유입된`총`열량`=1035 TIMES 180=186300`J=`186.3`KJ2. 습공기표를 이용한 전체 시스템의 초기-> 히터 작동시 엔탈피 유입량 계산chamber`1` SIM `5``까지`유입된`엔탈피#chamber`1;`62.5`[KJ/kg] rarrow 79`[KJ/kg]#chamber`2;`63`[KJ/kg] rarrow `75.5`[KJ/kg]#chamber`3;`61.5`[KJ/kg] rarrow `72.5[KJ/kg]#chamber`4;`64[KJ/kg] rarrow `64[KJ/kg]#chamber`5;`63[KJ/kg] rarrow `88[KJ/kg]#chamber`v` _{1} =v` _{2} =v` _{3} =v` _{4} =v` _{5`} `일`때,#h _{average} `;`62.8`[KJ/kg] rarrow `75.8`[KJ/kg]#h _{average} =13`[KJ/kg]#H _{average} =m TIMES h _{average} =2.122`[KJ]`2) 냉방기 작동으로 제습된 물의 양 계산{상대습도}{~D} {{D}} _ {{eliminated,average}} {=} { {{D}} _ {{1to5,~state3}} {-} {{D}} _ {{1to5,state4}} } OVER {{5}} {=5~}LEFT [ { {{g}} OVER {{k} {{g}} ^ {{'}} } } RIGHT ]{수증기량}{~x} {{x}} _ {{eliminated}} {=} {{D}} _ {{eliminated,average}} {×m=0.816~}LEFT [ {{g}} RIGHT ]3) 각 측정 지점마다 일어난 변화를 분석하여 정리초기값에 대해서 히터를 작동시면 엔탈피가 유입되어 체적으로 온도와 엔탈피가 올라간다.습공기선도를 보게 되면 검은색에서 빨간색 점으로 전체적인 시스템이 이동한 것을 관찰 할 수 있다.또한 시스템의 절대습도량이 증가하는 것을 관찰할 수 있었는데, 시스템 내부에 있던 물이 공기가 대류하며 온도가 상승하는 것으로 기화되어 시스템에 영향을 미친 것으로 판단된다.히터를 작동시킨 후에 4번의 상대습도 및 절대습도량의 차이는 현격하게 나타나게 된다.가습기를 작동시키면 이전 히터를 작동시킨 데이터에서 상대습도와 절대습도가 상승한 것을 알 수 있다. 특히 4번의 상대습도 변화가 두드러지게 나타나는데, 4번의 위치와 전체 시스템 중 4번의 습공기량이 작아 이런 변화가 더욱 두드러져 보이는 것을 판단할 수 있었다.또한 가습기를 작동시킨 데이터는 이전 데이터와 비교해 보았을 때 건구온도가 소폭 하락한 것을 확인 할 수 있었는데, 이것은 가습기로 인해 액체 물 분자가 기체 물 분자가 되며 잠열을 흡수한 것으로 추측된다.

공학/기술| 2021.12.08| 7페이지| 1,500원| 조회(305)

실험, 보고서, 충북대학교, 열유체실험

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열유체실험 레이놀즈 수 실험 보고서

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공학/기술| 2021.12.08| 8페이지| 2,000원| 조회(159)

실험, 보고서, 충북대학교, 열유체실험

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열유체실험 Vortex Tube 실험 보고서

과제 보고서vortex tubeVortex tube실험 주제Vortex tube실험 목적Vortex tube의 구동원리를 알아본다기초 이론Vortex란?vortex는 난류의 회전이다. 임의의 닫힌 유선의 나선형 움직임은 소용돌이 흐름이며 때때로 선와 라고도 한다. 유체가 중심의 주위로 물결치는 움직임이 소용돌이다. 유체의 속력과 회전속도는 중심에서 가장 크며 반경이 증가할수록 점차 감소한다.Vortex tube의 구조압축공기가 배관을 통해 vortex tube로 공급되면 일차로 vortex 회전실에 투입되어 초고속 회전을 하게 된다. 이 회전공기(1차 vortex)는 온기 출구 쪽으로 향하다가 일부는 조절밸브에 의해 온기 출구로 배출되고 나머지 공기는 조절밸브에서 회송되어 2차 vortex를 형성하면서 냉기 출구 쪽으로 나가게 되는데 이때 2차 vortex의 흐름은 1차 vortex 흐름의 안쪽에 있는, 보다 낮은 압력의 지역을 통과하면서 열량을 잃고 냉기 출구쪽으로 향하게 된다.Vortex tube의 원리 및 공식회전하는 두 개의 공기 흐름에 있어서 내부 흐름의 공기 입자는 바깥 흐름의 공기입자와 1회전 하는 시간이 동일하므로 실제 운동속도는 바깥 흐름보다 낮다. 이 운동 속도의 차이는 운동 에너지가 줄었음을 의미하며 이 상실된 운동에너지는 열로 변환되어 바깥 흐름의 공기의 온도를 상승시키고 내부흐름은 더욱 더 온도가 내려간다.Vortex tube의 적용사례공작기기 소모재의 수명 연장을 위한 냉각 역할을 주로 맡게 된다.Ex) 금속 태핑, 플라스틱 슬리팅, 자동 용접, 금속 가공,실험 내용 및 순서공기압축기의 전원을 켜고 압축기 내부 공기압이 8bar에 도달할 때까지 작동시킨다.유량밸브를 열어 압력계가 0.3Mpa가 되도록 맞춰준다.Vortex tube의 조절밸브를 최소로 열어 가열부의 공기유량을 최소로, 냉각부의 공기유량을 최대로 하여 1차 실험을 진행한다.냉각부와 가열부를 번갈아가며 측정하며 1회 측정 후 10초간 기다린다.4.을 6번 반복한다.Vortex tube의 조절 밸브를 최대로 열어 가열부의 공기유량을 최대로, 냉각부의 공기유량을 최소로 하여 2차 실험을 진행한다.4.- 5.을 진행한다.실험 결과0.3Mpa 조리개 최소시간(초)냉각부(℃)가열부(℃)022.228.01021.329.02020.830.03020.930.64020.931.35021.132.16021.132.80.3Mpa 조리개 최대시간(초)냉각부(℃)가열부(℃)021.435.71020.336.22019.036.13017.737.04016.537.15015.737.16015.036.9비고 및 고찰조리개 개방 정도에 따른 냉각부, 가열부 온도차, 유체의 이동, 운동 에너지 등등 그에 대한 이유조절밸브와 관계없이 1차 vortex의 유량은 동일하고, 조절밸브는 2차 vortex의 유량을 조절하는 역할을 하게 된다. 조절밸브를 최소로 열게 되면 가열부로 나가는 유체의 유량은 최소가 되고, 2차 vortex로 이동하는 유체의 유량이 최대가 됨을 뜻한다. 반대로, 조절밸브를 최대로 열게 되면 2차 vortex로 이동하는 유체의 유량이 최소가 되는데, 2차vortex가 통과할 수 있는 단면은 tube 단면에서 1차 vortex가 통과하는 단면을 제외한 나머지 일 것이다. 또한 1차 vortex의 유량은 변하지 않으므로 단면 역시 변하지 않을 것이며 이것은 2차 vortex가 조절밸브를 통해 유량이 조절이 되어도 2차 vortex가 가질 수 있는 단면 역시 변하지 않을 것이며 이것은 2차 vortex의 tube를 통과하는 속도의 변화를 가져오게 될 것이다. 2차 vortex는 tube 내부에 더욱 오래 머물게 될 것이며 열은 더욱 많이 교환될 것이다. 따라서 조절밸브를 최대로 열었을 때 가열부와 냉각부의 온도차가 심해질 것이다.에너지역학적으로 생각해 보자. 정상상태일 때 1차 vortex의 흐름을 베르누이 방정식으로 정리할 수 있을 것이다. 가장 중요한 것은 tube 내부 vortex는 매우 빠르게 회전하고 있어 중력 에너지 항은 원심력에 의한 에너지 항으로 바뀔 것이다. 이것은 조절밸브를 만나 2차 vortex로 바뀌는 과정에서 원심력 에너지 항은 내부에너지의 증가로, 결국 유체의 온도 증가로 바뀔 것이다. 2차 vortex의 온도는 1차 vortex의 온도보다 높을 것이기 때문에 tube 내부에서 열교환이 일어날 것이며 2차 vortex는 열을 빼앗긴 채로 냉각부를 빠져나가게 되고, 1차 vortex는 열이 추가된 상태로 가열부를 빠져나가거나, 2차 vortex로 전환될 것이다.오차의 원인온도계를 이용해 가열부와 냉각부를 번갈아 가며 측정하게 될 때, 각각의 측정부가 동일할 수 없을 것이다.번갈아가며 측정하기 때문에 측정한 시각이 일치하지 않는다.Vortex tube 자체에서 열이 방출되어 단열된 vortex tube와 차이가 있을 것이다.단열부의 끝부분, 냉각부의 끝부분에서 교축 현상이 발생하여 온도가 바뀔 것이다.일정한 압력으로 진행되는 것이 아니라 점차적으로 압력이 바뀌는 상태이기 때문에 온도변화가 바뀔 것이다.

공학/기술| 2021.12.08| 6페이지| 1,500원| 조회(392)

실험, 보고서, 충북대학교, 열유체실험

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열유체실험 유동가시화 실험 보고서

유체 공학 실험2020. 2학기1. 유동 가시화(Flow visualization)1) 실험 목적본 실험 장치는 유체 유동을 가시화 시켜 모델 주위에서 형성되는 vortex, 경계층 등의 다양한 흐름의 형상을 쉽게 관찰할 수 있도록 제작되었다. 색소원에 의한 유선은 밑판이 백색으로 되어 있어 가시화 현상을 선면하게 관찰할 수 있으며 유선발생 방식은 색소원을 물에 희석하여 발생시켜 가시화하며 이것을 노즐을 통하여 배출되도록 설계되었다.2) 실험 이론경계층의 형성은 점성의 법칙에 따른 평판 상에서의 유동이나 Coutte 유동서 속도가 고체와의 경계면에서 영이 되었다가 거리가 멀어짐에 따라 점차 증가하여 어느 거리 이상이 되면 최대 속도가 되어 증감이 없게 된다. 이 때 속도가 0에서 최대 속도가 되기 직전까지의 층을 경계층(boundary layer)이라고 한다. 벽에서 가까운 경계층 내에서 압력구배가 음인 경우(PARTIAL P/ PARTIAL x0~)에는전단력, 즉 마찰로 인한 에너지 손실이 운동 에너지의 감소를 유발하므로 운동 에너지에서 압력 에너지로의 에너지 전환이 여의치 못하여 압력 구배가 일정한 값보다 커지게 되면 유동이 벽면에서 이탈하게 된다. 이러한 현상을 유동의 박리(separation)라고 부른다. 따라서 마찰에 의한 에너지 손실이 없는 이상 유체에서는 박리가 일어나지 않는다.평판에 평행하게 유동하는 유체는 점성의 영향에 의하여 표면에 항력을 발생시킨다. 하류방향의 마찰합력은 표면마찰항력으로 알려져 있다. 그러나 주류에 어느 곳에서나 평행하지 않은 유동이 평판상에 발생할 때에는 유동 방향에 따라 표면의 압력차에 의하여 추가로 항력이 발생하게 된다. 이것을 압력 항력, 또는 경계면의 형상에 따라 다르므로 형체 항력(form drag)이라고 한다. 그러므로 표면마찰항력은 표면의 접선력들의 합이며 압력 항력은 표면에 수직한 힘들의 합인 것이다. 표면마찰항력과 압력 항력의 합을 형상 항력(profile drag)이라 한다. 박리점 하류에서의 유동은 아주 큰 와동에 의하여 크게 교란되며 이 와동역을 후류(wake)라고 한다.3) 실험 방법① 밸브를 연다.② 웨어 조절판 고정 너트를 풀러 조절판을 완전히 밑으로 내린다.③ 물 공급은 각 배관에 존재하는 공기가 빠질 때까지 물을 공급한다.④ 유리 고정너트를 풀러 가시화 유리를 분리한다.⑤ 실험 모델을 실험 목적에 적당한 위치에 설치한다.모델 설치 시 밑판(백색판)에 물이 고여 있으면 가시화 유리를 다시 덮을 때 움직일 수 있으므로 물을 고이지 않을 정도로 쓸어낸 다음 모델을 살짝 눌러 설치한다.⑥ 가시화 유리를 다시 장착한다.⑦ 밸브를 개방하여 물을 공급하고 실험부에 공기 방울이 있는지 확인한다.⑧ 웨어 조절판을 적당위치에 고정한 후 높이를 측정한다.⑨ 유량을 계산한 후 웨어 조절판을 조절하여 고정한다.⑩ 유량 조절은 밸브 8로써 적당히 조절한 후 밸브 4로 소량까지 조절하여 유선의 상태 를 확인한다.결과보고서◆ 연구 내용- 유동 가시화 방법의 종류 조사1. 비중이 다른 기름을 조합해 물과 같은 비중으로 만들어 흘려보내 가시화 측정장점: 비중이 다른 기름은 오랜 시간 침전시키면 서로 다른 기름으로 나뉜다. 기름을 재사용 할 수 있다.단점: 물의 점도와 기름의 점도가 다르므로 정확한 유동가시화가 아니다. 오래된 기름을 폐기하기 쉽지 않다.2. 폴리스티렌 입자를 이용한 가시화 측정장점: 폴리스티렌은 유체와 섞이지 않는 고체이므로 유체에 채를 이용해 폴리스티렌을 제거하여 재사용 할 수 있다. 기름조합 가시화보다 빠른 재사용이 가능하다.단점: 폴리스티렌 입자를 추적하여야 하기 때문에, 사진만으로는 유선을 판단하기 쉽지 않다. 폴리스티렌과 유체를 필터로 거르지 않고 배출시 환경에 해롭다.3. 알루미늄 분자를 이용한 가시화 측정장점과 단점은 폴리스티렌과 유사하다.4. 전기분해를 통한 수소 기포를 이용한 가시화 측정장점: 물의 오염이 없으며 다른 환경 공해가 없다.단점: 비싸다. 부력의 영향으로 일반적인 유선의 형태와 다를 수 있다. 기체의 영향으로 전체적인 물의 비중이 달라진다.5. 색소를 이용한 가시화 측정장점: 싸다. 비교적 정확한 유선을 측정할 수 있다.단점: 잉크가 확산을 통해 모든 유체에 퍼져서 후단의 정확한 유선을 예측하기 힘들다. 비친환경적 색소를 사용하게 되면 사용된 물을 배출시 환경에 좋지 않다.- 유동을 나타내는 flow line의 종류 ( pathline, streamline, streakline, time line )유적선 (Path line):주어진 시간동안 특정 유체입자가 지나간 자취를 나타낸 곡선.라그랑주 방법에 입각하여 그린 곡선이다. 유체 입자 하나를 선택하여 그 궤적을 선으로 표현한 선이다.유선 (stream line):임의의 유동장 내에서 유체 각 점의 접선방향과 속도벡터 방향이 일치하도록 그린 곡선오일러 방법에 입각하여 그린 곡선이다. 지점마다 측정하는 유체입자가 서로 다르다.유맥선 (streak line)어떤 한 고정점을 통과한 입자들의 임의시각에서의 위치를 연결한 선.시간선 (time line)해당 시간에 그려진 선들의 집합.유동장에서 인접한 수많은 유체 입자들을 어느 주어진 순간에 표시해 놓으면, 그 순간에 유체 내애서 이 입자들이 형성하는 하나의 선, 일정한 전단력의 작용을 받는 유체의 거동을 검토할 때 연속되는 순간순간에 유체의 변형을 보여 주기 위하여 시간선이 이용된다.

공학/기술| 2021.12.08| 8페이지| 2,000원| 조회(339)

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열유체실험 사각단면 직선채널의 압력손실에 관한 실험 보고서 평가B괜찮아요

과제 보고서과 목 명:제출일자:학 과:학 번:이 름:사각단면 직선 채널의 압력손실에 관한 실험예비보고서1. 실험 제목:사각단면 직선 채널의 압력손실에 관한 실험2. 실험 목적사각단면 채널에서 단면 형상에 따라 발생하는 압력 손실에 대하여 이해 및 관찰하고, 실험을 위해 사용되는 기본적인 장치들에 대하여 알아본다.3. 이론1) 유체가 흐르는 이유를 쓰시오.유체는 액체(liquid)와 기체(gas)를 포함한다. 유체역학을 공학적인 관점에서 다루기 위해서는 유체의 범위를 제한하여야 한다. 유체의 범위를 제한하기에 앞서 전단응력을 정의할 필요가 있다.그림 1.1에서와 같이, 면적 ΔA에 작용하는 힘 ΔF는 수직 성분인TRIANGLE F _{n}과 접선 성분인TRIANGLE F _{t}로 분해된다. 또한 물체에 작용하는 단위 면적당 힘을 응력이라 부른다. 단위 면적당 힘 벡터를 응력벡터(stress vector)라 하며, 응력벡터의 수직 성분은 수직응력(normal stress), 응력벡터의 접선 성분은 전단응력(shear stress)으로 구분한다.여기서 전단응력에 초점을 맞추어 보자. 수학적으로 전단응력은 다음과 같이 정의된다.tau = lim _{TRIANGLE Ararrow 0} {{TRIANGLE F _{t}} over {TRIANGLE A}}유체는 아무리 작은 전단응력이 작용하여도,전단응력의 작용하에서 운동하는 액체와 기체로 정의된다. 이 정의는 매우 작은 전단응력이 작용한다 할지라도 유체가 운동하게 된다는 것을 의미한다. 기체나 물 또는 타르(tar)는 명확하게 이 유체의 범주에 속한다. 그러나 플라스틱이나 케첩(catsup)과 같은 물질들은 작은 전단응력에 대해서는 저항하여 아무런 움직임도 발생하지 않는다. 따라서 이러한 물질들에 대한 연구는 유변학(rheology)의 범주에 속한다.베르누이 방정식을 사용할수 있는 경우에 대한 조건을 이해하자. 첫 번째 가정은 점성효과를 무시한다는 것이다. 다시말해서, 속도구배로 인해 발생한 전단응력은 고려되지 않는다. 두 번째, 정상상태를 가정한다. 세 번째, 한 유선 상의 운동임을 가정한다. 또한 밀도가 일정하다고 가정하게 되면,{Partial } over {Partial s} ( {V {} LSUP {2}} over {2} + {p} over {rho } +gh)=0이 성립한다. 적분하게 되면 우항이 const 값을 갖게 되며, 다른 유선 상에서는 다른 값을 갖는다. 동일 유선 상의 두 점 사이에 식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.{V _{1} ^{2}} over {2} + {p _{1}} over {rho } +gh _{1} = {V _{2}^{2}} over {2} + {p _{2}} over {rho } +gh _{2}두 항의 합(p/γ+h)을 피에조미터 수두(piezometric head)라 부르고, 속도수두 항을 포함한 세 항의 합을 전수두(total head)라 한다.직선관 속을 물이 흐를 때 관속의 압력은 하류로 갈수록 점점 떨어진다. 이는 관의 내벽면 마찰이나 점성에 의한 유체간의 마찰에너지가 소비되기 때문이다.{V _{1}^{2}} over {2g} + {p _{1}} over {gamma _{1}} +z _{1} + {V _{2}^{2}} over {2g} + {p _{2}} over {gamma _{2}} +z _{2} +h _{L} ,h _{L} =f {L} over {D} {V ^{2}} over {2g}여기서h _{L}는 무차원 수두손실이다. 이 식은 다르시-바이스바하 방정식(Darcy-Weisbach equaton)이라고 부른다.2) 터빈 유량계와 입력게이지에 관하여 간략히 설명 하시오.터빈형 유량계는 배관 내부 하우징에 베어링과 축을 장착한 회전자로 구성되어 있다. 터빈을 흐름에 수직 또는 평행하게 설치한다. 유량에 의해 회전자가 회전하고 센서를 통해 회전자의 수를 감지한 다음, 회전수는 유속에 비례하는 펄스로 전환된다. 터빈에 따라 펄스를 만들어 내기 위해 기계적 방법을 사용하는 경우도 있고, 자석을 회전자에 부착하거나 자성을 띄는 회전자를 사용하는 경우도 있다.고온, 고압의 중간이하의 점성도를 가진 어떠한 유체에 대해서도 사용이 가능하며, 전자터빈을 사용하면 안전하고, 기계적 터빈을 사용하면 정밀도를 크게 높일수 있다는 장점이 있다. 그러나 고체 또는 연마제를 함유한 유체를 측정하는 것엔 바람직하지 않으며, 점성도 또는 유속 단면에 의해 교정값이 바뀔 수도 있다. 또한 측정 정밀도를 위해 유량계 전 후단에 유체운동을 안정시킬 직류관이 필요하다.압력계라고 하는 것은 주로 유체 압력을 측정하는 것에 사용되어지는 계기의 총칭으로서 대기의 압력 측정에 사용되는 기압계외에 여러 종류의 압력계 즉, 액체 압력계, 탄성 압력계, 분동식 압력계 등 특히 고압에 대해서는 기체압력계, 전기 저항 압력계 등이 있으며, 저압에는 진공계, 압력차를 검출하는 차압계, 미압에 대해서는 미압계 등이 있다. 그러나 초기 압력계로는 U자관형 압력계(액주형 압력계)가 이용되었으며, 압력의 절대 기준으로는 지금도 사용되고 있는 수은주형이 대부분이었다. 액주형 압력계는 제작상 문제점인 압력의 변화에는 민감하나, 원거리간 전송기구의 부착에 어려움, 측정치의 원격 지시, 전송의 문제, 기계적으로 약하고 취급상 문제로 기계적 기구가 부착된 압력계가 19세기부터 연구되기 시작하여 19세기 중엽 부르돈과 샤퍼에 의해 고안한 압력계는 현재의 압력계 기본형식을 결정한 것이다. 부르돈의 압력계는 금속관굴곡을 이용하였고, 샤퍼의 압력계는 금속박판의 변형을 이용한 것이다.부르돈관 압력계의 기본 원리압력 측정 시스템은 네 개의 스트레인 게이지가 결합 된 압력 센서 소자를 기반으로 한다. 스트레인 게이지는 그림 2에서 R1~R4라고 표시된 것과 같이 4개의 저항이 같고, 부하가 가해지면 비례적으로 동일한 규모로 변하는 휘트스톤 브릿지로 구성 된다. 가해지는 부하가 강해질수록, 출력도 강해진다. 휘트스톤 브릿지는 양극 여기(positive excitation)과 음극 여기(nagative excitation), 양극 센서 출력과 음극 센서 출력의 4선식 연결 방식이 요구된다.일반적인 압력센서는 다이어프램의 굴절이 스트레인 게이지의 출력을 생성하는 원리이다. 스트레인 게이지에 따라 출력은 1~3mV/V에서 10~30mV/V로 다양하다.그림 2 그림 3 압력이 가해질 때 다이어프램의 일반적인 반응3)수력직경(hydraulic Diameter)란 무엇인지 설명하고, 사각단면 채널의 수력직경(Dh)을 구하는 방법을 쓰시오.수로 단면은 규칙적인 형상이나 불규칙적인 형상으로 고려될 수 있다. 규칙 단면(regular section)은 수로 길이를 따라 변하지 않는 것이고, 반면에 불규칙 단면(irregular section)은 기하학적 형상 변화를 갖는다.가장 간단한 수로 형상은 사각 단면인데, 단면적은 다음과 같이 주어진다.A=by여기서 b는 주로 바닥의 폭이다. 또 다른 변수는 접수길이, 수력반경, 그리고 자유표면의 폭이다. 접수길이(wetted perimeter) P는 액체와 수로 사이의 접촉된 선의 길이이다. 사각 수로일 경우 접수길이는 다음과 같다.P=b+2y수력반경(hydraulic radius) R은 면적을 접수길이로 나눈 값으로 다음과 같다.R= {A} over {P} = {by} over {b+2y}자유표면 폭(free-surface width) B는 사각 단면의 경우 바닥 폭 b와 같다.사각단면 채널의 수력직경은A=`by,`P=`2b+2y이므로D _{h} = {4A} over {P} = {4by} over {2b+2y} = {2by} over {b+y}이다.결과보고서1. 각 채널에서 압력손실을 예측하고 아래 표를 채워넣으시오.2. 실험개요, 압력손실 이론 및 실험에 대하여 간략히 설명하시오해당 실험은 사각단면의 파이프 내부를 통과하는 유체의 파이프형상 및 단면마찰에 의해 발생하는 압력손실에 대해 측정해 보는 실험이다. 기존 베르누이 방정식{Partial } over {Partial s} ( {V {} LSUP {2}} over {2} + {p} over {rho } +gh)=0 에서 베르누이 방정식을 성립시키기 위한 가정 중 정상상태 가정은 실제의 관 내부 마찰 등의 요인으로 인해 베르누이 방정식에서 추가적으로 고려되어야 하는 변수 중 하나이다. 해당 값을 보정하기 위해 베르누이 방정식에 항이 추가 되는데, 이것이 손실항이며, 수두로 표현하게 되면 수두손실h _{L} =f {L} over {D} {V ^{2}} over {2g} 이 된다. 해당 수두손실에 비중 γ을 곱하게 되면 압력손실 ΔP가 나오게 되며,DELTA p=f {L} over {D} {rho V ^{2}} over {2}가 된다. 해당 식은 원형 파이프 내의 압력 손실을 전제로 하므로, 실험에서 진행한 사각단면의 파이프를 원형 파이프의 수력직경으로 치환해주어야 하며, 이것은 수력직경D _{h} = {4A} over {P} = {4by} over {2b+2y} = {2by} over {b+y} 이다.마찰계수f는 균일한 거칠기를 가지고 있다고 가정할 경우 공학적 오차를 포함하는 식lambda _{cir} =0.11( {bar{TRIANGLE }} + {68} over {Re} ) ^{0.25} ,` {bar{TRIANGLE }} = TRIANGLE /D _{h} ,f= lambda _{cir}으로 정리된다,3. 유속에 따른 압력손실해당 실험을 진행하며 얻은 데이터값은 아래와 같다.4. 마찰계수의 이론적 예측 및 측정결과 비교이론적으로 예측한 마찰계수는 전체적으로 0.015에서 0.017을 나타내는데 반해, 실제로 측정한 마찰계수는 0.007에서 0.03까지 분포해 있음을 알수 있다.

공학/기술| 2021.12.08| 8페이지| 1,500원| 조회(575)

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