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부산대학교 기계공학부 기계공학응용실험 A+ 방사선계측실험 평가A+최고예요

R E P O R T실험항목번호제목학번조성명실험일자제출일자1. GM tube로 측정한 선원의 세기를 표를 이용하여 작성하고 분석하시오.실험 세팅Volt : 900V , Time : 30s차폐체X차폐체T(납,두께0.25cm)차폐체S(납,두께 0.125cm)차폐체P(알루미늄,두께 0.125cm)Cs(세슘)962386527645Sr(스트론튬)1169545863Ba(바륨)2456369166에서 나타난 결과에서 각각의 선원에서 나오는 세기를 알 수 있다. 차폐막이 없을 때는 Sr(스트론튬)>Cs(세슘)>Ba(바륨)의 순서대로 세기가 강하게 측정되었다. 차폐체T와 차폐체S는 같은 물질이고 두께가 다른데, 동일한 선원에서 차폐체T를 사용하였을 때가 차폐체S를 사용하였을 때보다 세기가 더 낮게 나온 것을 관찰할 수 있다.I=I _{0} TIMES e ^{- mu `t}인데, t가 차폐체의 두께이므로 두께가 두꺼울수록 세기가 낮아진다는 것을 예측할 수 있고 실제 실험 결과도 동일하게 나왔다.차폐체S와 차폐체P는 두께가 같지만 다른 물질이다. 세기를 비교해보면 동일한 선원에서 실험하였을 때, 차폐체S를 사용하였을 때가 차폐체P를 사용하였을 때보다 세기가 더 낮게 나온 것을 관찰할 수 있다. 이를 통해 물질별로 차폐를 할 수 있는 능력이 다름을 알 수 있고, 납이 알루미늄보다 차폐 성능이 뛰어난 것을 알 수 있다.2. 100V의 전압에 의해 가속되는 전자의 최단 파장은?[전자의 정지질량 =9.1 TIMES 10 ^{-3`1} kg,`1e=1.6 TIMES 10 ^{-19} C,`플랑크상수`=`6.626 TIMES 10 ^{-34} J BULLET s]lambda = {h} over {p} = {h} over {mv}E _{k} = {1} over {2} mv ^{2} =eV{1} over {2} mv ^{2} = {p ^{2}} over {2m} =eV 이므로p= sqrt {2meV}따라서lambda = {h} over {sqrt {2meV}} = {6.626 TIMES 10 ^{-34} J BULLET s} over {sqrt {2 TIMES 9.1 TIMES 10 ^{-31} kg TIMES 1.6 TIMES 10 ^{-19} C TIMES 100V}} =1.2279 TIMES 10 ^{-10} mTHEREFORE lambda =0.123nm3. Spectroscopy(선원 : Cs-137)의 그래프를 보고 분석하시오.(Pb(T), 차폐체x 두가지 경우 포함)차폐체T : 납, 두께 0.25cm차폐체S : 납, 두께 0.125cm차폐체P : 알루미늄, 두께 0.125cm그래프들의 X축은 에너지(KeV), Y축은 카운터의 개수이다.1) Cs-137의 spectroscopy- 차폐체 X - 차폐체T - 차폐체S - 차폐체P 2) Sr의 spectroscopy- 차폐체 X - 차폐체T - 차폐체S - 차폐체P 3) Ba의 spectroscopy- 차폐체 X - 차폐체T - 차폐체S - 차폐체P 위 그래프들을 보면 선원에 따라 spectroscopy가 다르게 나타나는 것을 알 수 있다. 그래프에서 Y축은 카운터의 개수를 나타내는데 차폐체가 없을 때 세기가 크므로 카운터의 개수가 많아야하고 그래프도 높은 지점에 위치하여야 한다. 에서의 세기를 참고해보면 Cs의 세기가 다른 물질들에 비해 크고 Sr의 세기가 다른 물질들에 비해 상대적으로 적은 것을 알 수 있는데, spectroscopy 그래프들을 살펴보면 세기가 큰 Cs는 카운터의 개수가 많지만 세기가 작은 Sr은 카운터의 개수가 적은 것을 볼 수 있다. 또한, Cs의 피크지점은 그래프 상에서 쉽게 알아볼 수 있지만 Sr과 Ba의 피크지점은 그래프상에서 알아보기 힘들다. 동일한 선원의 상황에서는 차폐체P>차폐체S>차폐체T>의 순서로 세기가 크기 때문에 카운터의 개수가 많아야하는데, Cs와 Ba의 경우에서는 이와같은 순서대로 그래프가 그려졌는데 Sr의 경우에서는 그러지 않았다. 이는 Sr의 세기는 차폐체의 종류가 변하여도 큰 차이가 없어서 그래프 상으로 알아보기 힘든게 아닐까 생각한다.4. 1MeV의gamma 선을 콘크리트로 차폐하고자 한다. 1MeVgamma 선에 대한 콘크리트의 질량 감쇠계수 및 밀도는 각각0.065cm ^{2} /g 및2.3g/cm ^{3}이다. 다음 물음에 답하시오. (풀이과정 필수)1) 세기를 1/100으로 줄이기 위해서 콘크리트의 두께는?I= {1} over {100} I _{0} =I _{0} BULLET e ^{- mu `t}e ^{- mu `t} = {1} over {100}- mu t=ln( {1} over {100} )t= {ln(100)} over {mu } ---- ①mu = mu _{m} TIMES rho =0.065cm ^{2} /g TIMES 2.3g/cm ^{3} =0.1495cm ^{-1} ---- ②②를 ①에 대입하면,t= {ln(100)} over {mu } = {ln(100)} over {0.1495cm ^{-1}} =30.804cm2) 이미 설치된 콘크리트의 두께가 20cm라고 할 경우 납판을 추가적으로 설치한다면 1/100으로 줄이기 위해 어느 정도의 두께가 필요한가? 1MeVgamma 선에 대한 납의 질량감쇠 계수 및 밀도는 각각0.071cm ^{2} /g 및11.35g/cm ^{3}이다.1)의 ②식에서 콘크리트의mu =0.1495cm ^{-1}임을 구했다.I _{1} =I _{0} TIMES e ^{- mu `t _{0}} =I _{0} TIMES e ^{-0.1495cm ^{-1} TIMES 20cm} =0.05I _{0} = {1} over {20} I _{0}I _{2} =I _{1} TIMES e ^{- mu _{pb} `` t} = {1} over {20} I _{0} TIMES e ^{- mu _{pb} ` t} = {1} over {100} I _{0}e ^{- mu _{pb} `t} = {1} over {5}- mu _{pb} `t=ln( {1} over {5} )t= {ln(5)} over {mu _{pb}} ---- ③mu _{pb} = mu _{m,pb} TIMES rho _{pb} =0.071cm ^{2} /g TIMES 11.35g/cm ^{3} =0.8059cm ^{-1} ---- ④④를 ③에 대입하면,t= {ln(5)} over {mu _{pb}} = {ln(5)} over {0.8059cm ^{-1}} =1.997cm5. 방사선원의 세기는 빛의 세기와 마찬가지로 거리의 제곱에 비례하여 감소한다. 이를 참조하여 주어진 선원이 점등방선원이라는 가정하에, 선원으로부터 1m 떨어진 곳에서 방사선량률이 18mSv/h이다. 이때 3m 떨어진 곳에서의 선량률은 얼마인가? (단, 차폐체는 고려하지 않는다.)방사선원의 세기가 거리의 제곱에 비례하여 감소한다고 하였으므로, 3m 떨어진 곳에서의 선량률은 1m 떨어진 곳에서의 선량률의 1/9배이다. 따라서 3m 떨어진 곳에서의 선량률은18mSv/h TIMES {1} over {9} =2mSv/h 이다.6. GM 계수기로 P-32에서 방출되는 베타입자를 2분간 측정한 결과 72,960 counts 이었다. 이 선원과 동일한 형상이고 2kBq의 방사능을 가진 P-32 표준선원을 앞에서와 같은 조건에서 10분간 측정하여 320,000 counts를 얻었다면 처음 P-32의 방사능은 얼마인가? (풀이과정 필수)먼저 표준선원에서 방사능과 계수율을 이용하여 계측효율을 구해보면,n= {320,000counts} over {10min TIMES {60s} over {1min}} =533.3cpsA=2000BqA= {n} over {epsilon }이므로2000Bq= {533.3cps} over {epsilon }epsilon =0.266구하고자 하는 처음 P-32의 방사능은 계수율과 계측효율을 이용해서 구할 수 있다.n= {72,960counts} over {2min TIMES {60s} over {1min}} =608cpsA= {n} over {epsilon } = {608cps} over {0.266} =2.285kBqTHEREFORE 2.285kBq7. 실험 진행 간 특이했던 점에 관한 고찰이나 느낀 점에 대해 서술하시오.GM tube 실험에서 선원과 차폐체를 변경해가며 세기를 측정하는 실험을 진행해보았다. 선원에 관계없이 공통적으로 차폐체P>차폐체S>차폐체T의 순서로 세기가 강하게 나타났다. 같은 차폐체의 상황에서 선원마다 세기가 다르게 나타난 것은 선원마다 방출하는 방사선의 종류가 다르기 때문이다. Cs은 감마 방사선이 나오고 Sr은 베타 방사선이 나와서 차폐체가 없을 때는 Sr의 세기가 Cs보다 크지만 차폐체가 있을때는 Sr의 세기가 더 작게 나타난다. 시간 관계상 GM tube 실험을 각 선원 및 차폐체 별로 한번씩만 진행을 하였는데 여러번 진행하여 나온 값들의 평균을 구했다면 좀 더 정확한 값들이 구해졌을 것이다. 또한 선원과 차폐체가 이미 여러번 쓰인 상황이기에 새로운 것으로 실험을 하였다면 더 정확한 결과를 구할 수 있었을 것이라 생각한다.

공학/기술| 2022.01.12| 7페이지| 1,000원| 조회(221)

기계공학부, 부산대학교, 기계공학응용실험, 방사선계측, 기응실

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부산대학교 기계공학부 기계공학응용실험 A+ 열전달 실험

R E P O R T실험항목번호제목학번분반조성명실험일자제출일자1. 실험결과1) 전도 실험(1) 열전도율 kq`=`k` {A} over {L} ` TRIANGLE T`=`k` {A} over {L} `(T _{4} -T _{6} )q : 열전달률(W) -> q=8.5Wk : 열전도율(W/m BULLET K)단면적A= {pi D ^{2}} over {4} = {3.14 TIMES 0.025 {} LSUP {2}} over {4} =4.91 TIMES 10 ^{-4} m ^{2}L : 온도계 간의 거리 20mm -> L=40mm=0.04m- 구리T _{4} ( CENTIGRADE )T _{6} ( CENTIGRADE )0 min16.416.32 min16.716.54 min17.016.86 min17.317.18 min17.717.410 min18.117.812 min18.418.214 min18.818.516 min19.118.718 min19.419.020 min19.719.3 구리 시편의 온도변화정상상태(20 min)의T _{4} =19.7 CENTIGRADE ,T _{6} =19.3 CENTIGRADE k= {Lq} over {A(T _{4} -T _{6} )} = {0.04m TIMES 8.5W} over {4.91 TIMES 10 ^{-4} m ^{2} TIMES (19.7-19.3)K} =1731.16W/m BULLET K- STST _{4} ( CENTIGRADE )T _{6} ( CENTIGRADE )0 min21.015.62 min21.916.04 min23.116.36 min24.018.18 min25.218.010 min26.317.612 min27.418.214 min28.218.916 min29.119.018 min30.019.320 min30.819.7 STS 시편의 온도변화정상상태(20 min)의T _{4} =30.8 CENTIGRADE ,`T _{6} =19.7 CENTIGRADE k= {Lq} over {A(T _{4} -T _{6}=108mm사각휜 ? L=118mm,A _{t} =0.128502m ^{2} 원형휜 ? L=118mm,A _{t} =0.0525m ^{2}T _{s} ( CENTIGRADE )T _{o} ( CENTIGRADE )T _{i} ( CENTIGRADE )0 min22.121.320.32 min22.921.520.74 min23.221.820.86 min23.422.020.98 min23.422.020.910 min23.522.021.0 사각휜의 온도변화T _{s} ( CENTIGRADE )T _{o} ( CENTIGRADE )T _{i} ( CENTIGRADE )0 min22.021.620.52 min22.421.920.84 min22.622.120.96 min22.822.221.28 min23.022.521.310 min22.922.321.2 원형휜의 온도변화- 사각휜정상상태(10 min)의T _{i n}=21.0 CENTIGRADE ,`T _{out} =22.0 CENTIGRADE ,`T _{INF } = {(21.0+22.0) CENTIGRADE } over {2} =21.5 CENTIGRADE h= {q} over {A(T _{s} -T _{INF } )} = {20W} over {0.128502m ^{2} TIMES (23.5-21.5)K} =77.82W/m ^{2} BULLET K - 원형휜정상상태(10 min)의T _{i n}=21.2 CENTIGRADE ,`T _{out} =22.3 CENTIGRADE ,`T _{INF } = {(21.2+22.3) CENTIGRADE } over {2} =21.75 CENTIGRADE h= {q} over {A(T _{s} -T _{INF } )} = {20W} over {0.0525m TIMES LSUP {2} (22.9-21.75)K} =331.26W/m ^{2} BULLET K(2) Nu : Nusselt #Nu= {hL} over {k _{f}} ,`k _{f} `: 공기의 열전도율 ->T _{INF }를 344.51W/m ^{2} BULLET K TIMES 0.118m} over {0.02543W/m BULLET K} =1598.59(3) Re : Reynolds #Re= {rho vL} over {mu }(rho : 공기의 밀도,mu : 공기의 점성계수, v=4.0m/s) ->T _{INF }를 기준 온도로 사용- 사각휜T _{INF } =21.5 CENTIGRADE ,rho =1.198kg/m ^{3},mu =1.8322 TIMES 10 ^{-5} kg/m BULLET sRe= {1.198kg/m ^{3} TIMES 4.0m/s TIMES 0.118m} over {1.8322 TIMES 10 ^{-5} kg/m BULLET s} =30862.13외부유동에서Re=5 TIMES 10 ^{5}를 기준으로 층류와 난류가 구분된다. Re=30862.13 이므로 층류이다.- 원형휜T _{INF } =21.75 CENTIGRADE ,rho =1.197kg/m ^{3},mu =1.8334 TIMES 10 ^{-5} kg/m BULLET sRe= {1.197kg/m ^{3} TIMES 4.0m/s TIMES 0.118m} over {1.8334 TIMES 10 ^{-5} kg/m BULLET s} =30816.19외부유동에서Re=5 TIMES 10 ^{5}를 기준으로 층류와 난류가 구분된다. Re=30816.19 이므로 층류이다.3) 복사 실험(1) 열 유속q ^{''}q ^{''} = sigma epsilon (T _{s}^{4} -T _{INF }^{4} )`W/m ^{2} (Stefan-Bolzman 상수sigma =5.67 TIMES 10 ^{-8} W/m ^{2} BULLET K ^{4})(2)epsilon : 방사율(형상, 산화, 온도 등)epsilon `=` {CE _{mV}} over {F _{12} sigma (T _{s}^{4} -T _{INF }^{4} )} = {CR} over {F _{12} sigma (T _{s}^{4} -T _{INF }^{4}구리T _{s} ( CENTIGRADE )E _{mV} (mV)0 min700.022 min1140.054 min1710.126 min2060.188 min2330.2610 min2580.3412 min2770.4214 min2920.5116 min2980.5818 min3010.6420 min3010.67 구리 시편의 온도변화정상상태(20 min)의E _{eV} =0.67mVepsilon = {{1} over {0.01135} W/m ^{2} BULLET mV TIMES 0.67mV} over {0.011 TIMES 5.67 TIMES 10 ^{-8} W/m ^{2} BULLET K TIMES (573 ^{4} -293 ^{4} )K ^{4}} =0.94q ^{'' } =5.67 TIMES 10 ^{-8} W/m ^{2} BULLET K ^{4} TIMES 0.94 TIMES (573 ^{4} -293 ^{4} )=5352.71W/m ^{2}- STST _{s} ( CENTIGRADE )E _{mV} (mV)0 min500.032 min1090.054 min1720.076 min2220.168 min2570.2110 min2810.2912 min2920.3414 min2970.3916 min2990.4318 min3000.4820 min3010.52 STS 시편의 온도변화정상상태(20 min)의E _{eV} =0.52mVepsilon = {{1} over {0.01135} W/m ^{2} BULLET mV TIMES 0.52mV} over {0.011 TIMES 5.67 TIMES 10 ^{-8} W/m ^{2} BULLET K TIMES (573 ^{4} -293 ^{4} )K ^{4}} =0.73q ^{'' } =5.67 TIMES 10 ^{-8} W/m ^{2} BULLET K ^{4} TIMES 0.73 TIMES (573 ^{4} -293 ^{4} )=4156.89W/m ^{2}2. 결론1) 전도 실험가열 영역과 냉각 영역 사이에 시편을 배치하고 전험값과 비교해보면 굉장히 큰 오차가 나타난 것을 알 수 있는데 이는 시간상 완전한 정상상태에 이르기까지 오래 걸리는데 짧은 실험수업이라 충분한 시간적 여유를 가지지 못했다. 또한 온도를 기록할때도 소수점 한자리에서 온도가 계속 변하였는데 이 때문에 정확한 온도측정을 하지 못했을 것이라 생각된다.2) 대류 실험풍동 내부에 가열 가능한 시편을 설치하고 풍동에 공기를 흘려보내어 대류에 관련한 실험을 해보았다. 실험을 통해 공기의 온도와 시편의 온도를 측정하여 대류 열전달계수를 구해보았다. 사각휜의 대류열전달계수는77.82W/m ^{2} BULLET K, Nusselt 수는 375.53, Reynolds 수는 30862.13으로 구해졌고, 원형휜의 대류열전달계수는331.26W/m ^{2} BULLET K, Nusselt 수는 1598.59, Reynolds 수는 30816.19로 구해졌다. 원형휜의 대류열전달계수가 더 높게 나왔기 때문에 원형휜이 사각휜보다 열전달이 더 잘 일어남을 예상할 수 있다. 외부유동에서 임계 레이놀즈 수는5 TIMES 10 ^{5}이기 때문에 원형휜과 사각휜 모두 층류임을 알 수 있다.대류 실험을 통해 구한 값들 역시 정확한 값들은 아닐 것이다. 그 원인으로는 전도 실험과 비슷하게 완전한 정상상태에 이르지 못했기 때문이고, Nusselt 수와 Reynolds 수의 값을 구할 때 보간법을 이용하였기에 반올림 오차가 발생하였을 것이다.3) 복사 실험복사 실험에서는 표면온도와 에너지를 측정하여 금속판의 방사율을 계산하고 열 유속을 구해보았다. 구리의 방사율은 0.94, 열 유속은5352.71W/m ^{2}이었고 STS의 방사율은 0.73, 열 유속은4156.86W/m ^{2}으로 구해졌다. 구리의 방사율과 열 유속이 STS보다 높게 나왔다.구리의 이론적인 방사율은 0.5~0.8이고 STS의 이론적인 방사율은 0.6이다. 복사 실험 역시 이론값과 실험값의 오차가 크게 나타났는데 앞선 실험들과 마찬가지로 완전한 정상상태에 이르지 않았을 것이며 주변 온.

공학/기술| 2022.01.12| 7페이지| 1,000원| 조회(174)

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부산대학교 기계공학응용실험 A+ 제트의 유동장 실험

R E P O R T실험항목번호제목학번분반조성명실험일자제출일자1. 서론1) 실험목적유체의 유동장의 속도를 측정할 수 있는 방법은 여러 가지가 있다. 본 실험에서는 피토관을 이용하여 유체의 높이차와 거리에 따른 유동장의 속도를 측정하고, 압력센서를 이용하여 거리별 표면 압력분포를 측정하여 2차원 노즐에서 분사되는 제트 유동의 구조를 파악하고 피토관의 사용 방법을 익히고 측정된 자료를 분석한다.2) 이론적 배경(1) 난류강도난류 유동이란 속도가 시간에 따라 불규칙적으로 급격하게 변하는 유동을 말한다.u= {bar{u}} +u prime ``(u:순간속도,` {bar{u}} :평균속도,`u prime :섭동(fluctuation)){bar{u prime }} = {1} over {T} int _{0} ^{t} {} u prime dt=0{bar{u prime ^{2}}} = {1} over {T} int _{0} ^{t} {} u prime dt != 0T _{i} `=` {sqrt {( {bar{u prime }} ) ^{2}}} over {{bar{u}}}절대난류강도 :{sqrt {sum _{} ^{} (u- {bar{u}} ) ^{2}}} over {출구속도}상대난류강도 :{sqrt {sum _{} ^{} (u- {bar{u}} ) ^{2}}} over {그`위치에서의`속도}(2) 제트 유동의 일반적인 특성노즐을 통하여 분출되면서 주위의 유체보다 국소적으로 높은 속도를 가지는 유동을 제트라 하며, 여기서는 정지된 공간 내로 분사되는 제트에 대한 실험을 수행한다. 제트가 분사되면 그림 1.1에서 보는 바와 같이 중심선상에서의 속도가 최대이고 폭 방향으로 갈수록 속도가 감소되어 속도가 0으로 떨어진다. 이때 제트의 폭은 하류로 갈수록 넓어지고 최대 속도의 크기는 감소된다. 또한, 가장자리로부터는 주변의 유체가 유입된다. 이러한 제트가 하류로 갈수록 넓어지는 정도를 나타내는 척도는 분류반복을 사용하는데, 그것은 제트 하류의 임의의 위치에서 최대 속도의 반이 되는 속작동원리피토관은 구조가 비교적 단순하면서도 정확한 유속 측정이 가능하여 지금까지도 널리 사용되고 있다. 피토관은 여러 가지 형태를 가지며 전형적인 예를 그림 1.2에 나타내었다. 그림 1.2에서 1은 정체점으로, 여기서 측정되는 압력은 정체압P _{0}이고 이는 다음과 같이 정압과 동압의 합으로 나타내어진다.P _{0} =P _{s} +P _{d}그림 1.2 피토관의 구조정압P _{s}는 정체점과 같은 유선상의 압력이며 동시에 2점에서 측정되는 압력과 같다. 또한, 동압P _{d}는 다음과 같이 표현되므로P _{d} = {1} over {2} rho u ^{2}P _{0}와P _{s}는 각각P _{t}와P _{B}와 같다. 따라서 이를 이용하여 속도를 얻을 수 있다.(4) 열선유속계의 동작원리그림 1.3 열선유속계의 구조열선유속계는 유동장 내부에 일정한 온도로 가열된 가느다란 저항체를 설치하고, 유동으로 인하여 발생하는 열전달 효과를 이용하여 속도를 측정하는 장치이다. 열선프로브는 그림 1.3에서 보는 바와 같이 두 개의 지지대 사이에 짧고 가는 선으로 구성되어 있다.열선유속계로 속도를 재는 방법에는 정전류방식과 정온도방식의 두 가지가 있다. 정전류법은 측정부선에 일정한 전류를 흐르게 하는 것으로, 유속에 따라 열선의 온도가 달라지고 이는 곧 저항의 변화에 따라 발생하는 전압차를 측정함으로써 유속을 측정하는 방식이다. 정온도법은 열선의 온도를 일정하게 유지하도록 하여 유속에 따라 발생하는 열전달 효과를 보충하는 데 필요한 전류의 변화를 통하여 유속을 측정하는 방법이다.유동 중에 놓인 열선에서의 열전달은 주로 대류에 의해서 발생하고 복사ㄴㆍ 전도는 무시할 수 있을 정도로 작다. 실험적인 결과에 따르면 열선에서의 유동에 따른 열전달에 관한 식은 다음과 같다.{Power/(unitlength)} over {Temperature``difference} = {i ^{2} R} over {T-T _{g}} =A+B sqrt {V _{g}}여기서i는 전류,R은 단위 길이당 가정하면 열전달량은 다음과 같다.{V ^{2}} over {R} `=`q`=`hA _{h} (T-T _{g} )`=`N BULLET {D} over {A _{h}} BULLET k BULLET (T-T _{g} )`=` pi bkN(T-T _{g} )(열선에 흐르는 전류에 의한 발열량)NU `:` != sselt`` nu mber(=hD/k),``k`:`유체의`열전도도,``h`:`열전달`계수,#T`:`hot`wire의`온도,``T _{g} `:`유체의`온도 * Nu : 열전달에서 사용하는 열확산 계수에 대한 운동량 확산 계수의 비원통형의 유동장 내의 열전달에 관한 실험으로부터 Nusselt 수와 Reynolds 수 (Re`=` {UD} over {v}) 사이에 다음과 같은 관계식이 성립함이 알려져 있다.N`=`A prime +B prime sqrt {Re} ```(A prime ,``B prime `는``상수)위의 두 식을 연립하면 hot wire의 전압V와 유속U 사이에 다음과 같은 관계식이 성립한다.{V ^{2}} over {R} `=`(A+B sqrt {U} )(T-T _{g} )위의 식을 King의 법칙이라 하는데 A, B 등은 실험 조건에 의하여 결정되는 상수이다. 열선유속계는 유체 및 열선의 온도, 유체의 특성, 전선의 접촉저항 등 여러 가지 요소에 민감하게 반응하므로 A, B의 값을 실험 전에 결정하기는 어렵다. 따라서 반복적인 실험적 검정과정이 대단히 중요함을 알 수 있다.(6) Reynolds number레이놀즈 수는 ‘관성에 의한 힘’과 ‘점성에 의한 힘’의 비로, 주어진 유동 조건에서 이 두 종류의 힘의 상대적인 중요도를 정량적으로 나타낸다.레이놀즈 수는 유체 동역학에서 가장 중요한 무차원 수 중 하나이며, 다른 무차원 수들과 함께 사용되어 동적 상사성을 판별하는 기준이 된다. 두 유동 패턴이 기하학적으로 상사일 때, 이 두 유동의 주요 무차원 수들이 동일한 값을 가지면, 이 두 유동이 동적 상사성을 가졌다고 말하며 그 형태가 유사하게 된,`` mu `:`점성계수파이프 유동에서Re PREC 2100 : 층류,Re SUCC 4000 : 난류이다.- 수력학적 직경(Hydraulic Diameter)D _{h} `=` {4ab} over {2(a+b)} `=` {2ab} over {a+b}2. 본론1) 실험장치의 구성 및 방법(1) 실험장치의 구성▲ Wind Tunnel ▲지지대▲ 유속계 ▲ 풍동 작동기▲ 유속측정 제어장치(2) 실험방법* 높이차와 거리별 유속 측정① 피토관을 풍동의 입구 정중앙 제일 밑에 위치시키고 풍동 입구로부터 10H(10*4cm)에 위치 시킨다.② 피토관 위치 제어장치를 이용해 높이를 2.2cm 이동시켜 피토관이 입구의 정중앙에 위치되도록 한다.③ 풍동 장치를 작동시키고 피토관의 높이를 ?20cm~20cm 범위에서 2cm 간격으로 유속을 측정한다. (풍속은 503rpm)④ 풍동 입구로부터 20H(80cm), 30H(120cm)에서 ②, ③을 반복한다.* 거리별 표면압력 분포 측정① 압력 측정 센서를 10H(10x4cm) 거리에 위치시킨다.② 풍속이 0일 때 압력을 측정한다.③ 풍솎을 장치에서 503rpm으로 설정하고 같은 거리에서 압력을 측정한다.④ 풍속을 유지하고 풍동 입구로부터 20H, 30H, 40H, 50H 거리에 압력 측정 센서를 위치시키고 압력을 측정한다.2) 실험결과 및 고찰(1) 높이차와 거리별 유속 측정 (거리=cm, H=4cm, u=m/s)피토관 측정 속도(m/s)높이(cm)10H20H30H20000.118000.616000.81400.41.41201.01.9100.11.92.480.72.72.962.23.43.343.84.23.725.54.84.106.75.24.2-26.05.14.1-44.14.74.0-62.23.93.7-80.73.03.2-100.12.12.7-1201.12.4-1400.61.7-1600.21.4-18000.8-20000.5처음에 예상했던 대로는 중앙(0cm) 부근에서 유속이 가장 빠를 것이고 y의 절댓값이 커질수록 유속(u)이 작아진다프가 나왔다. 이를 통해 실험이 제대로 진행되었음을 알 수 있다.x축은 높이(y)를 H값인 4cm로 나누고 y축은 유속을 해당 거리에서 최대 유속인u _{max}로 나누어준 그래프이다. 피토관과 풍동 입구의 거리가 멀어질수록 그래프가 더 넓게 퍼지는 것을 볼 수 있다. 이것은 풍동 입구에서 거리가 멀어질수록 제트 유동이 펴지는 특성을 나타낸 것으로 볼 수 있다.(2) 거리별 표면압력 분포 측정- 25 channel ~ 33 channel 평균압력 (세로)10H(0)에서는 유속이 없는 경우이기 때문에 이론적으로는 압력이 0Pa이 측정되어야 한다. 실험을 통해 구한 값은 0Pa가 아니었지만 큰 오차를 가지지는 않았다. 유속이 있는 경우를 보면 압력센서와 풍동 입구의 거리가 멀어질수록 평균압력이 낮아지는 것을 관찰할 수 있고, 중앙(29 channel)에 가까울수록 평균압력이 증가하는 것을 관찰할 수 있다. 그래프를 보면 29 channel을 기준으로 대칭인 그래프가 나오지 않고 26 channel에서 급격하게 낮은 압력이 측정되는 것을 볼 수 있다. 이러한 오차가 나오게 된 원인을 생각해보면 실험이 이상적인 환경에서 이루어지지 않았고, 풍동 입구와 압력센서의 거리를 설정할 때 정확한 거리가 아닌 눈으로 맞추었기 때문이다. 그리고 측정 장치의 노후화로 인해 장치 자체에도 문제가 있지 않을까 짐작이 간다.- 34 channel ~ 41 channel (가로)25 channel ~ 33 channel의 경우와 마찬가지로 유속이 없는 10H(0)의 경우 0Pa이 측정되어야 하지만 약간씩 벗어난 값들이 측정된 것을 알 수 있다. 또한 풍동 입구와 압력센서의 거리가 멀어질수록 평균압력이 낮게 측정되었다. 예외적으로 38 channel에서 40H와 50H를 비교해보면 50H의 경우가 미세하게 더 큰 압력이 나왔는데 이는 오차로 인해 나온 결과로 생각할 수 있다. 그래프를 통해서는 유속이 있는 10H(503)이 다른 경우에 비해 압력이 크게 나온 것을 알 수 있다. 그리고 38 있다.

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부산대학교 기계공학부 기계가공시스템 텀프로젝트 보고서 평가A+최고예요

R E P O R T제목 : 스마트 칫솔수강과목담당교수학번분반학과성명제출일자1. 설계시스템의 필요성일상이 바쁜 현대인들에게는 시간이라는 가치는 매우 소중하다. 단 3분, 그 시간 조차도 길다면 길 수 있는 시간이다. 그렇다면 3분이라는 시간 안에는 어떤 일들을 할 수 있을까? 양치질을 하거나, 옷을 입거나, 아침 출근이나 등교를 위한 준비를 하거나, 머리를 말리는 등의 꽤나 다양한 일들을 할 수 있다. 이에 우리는 이 3분이라는 시간에 위 예시 같은 일들을 어느 정도 동시에 같이 해결할 수 있는 방법이 없을까 하는 생각을 가졌고, 이에 두 손이 자유로우며 자동으로 양치를 해주는 ‘스마트 칫솔’ 제품을 설계하게 되었다.2. 개략도와 설명본 설계는 자동세차 형식의 칫솔모와 마우스피스를 결합한 ‘스마트 칫솔’이며, 사용자가 손잡이를 잡고 일정 방향으로 움직여 칫솔질이 이루어지는 수동식 칫솔과 달리 마스크나 마우스피스형식으로 입에 물어 구동 모터에 의해 칫솔모를 자동으로 회전시켜 칫솔질이 이루어지도록 설계한 제품이다. 외부 형태는 직선형이 아닌 포물선에 가까운 형태로 치아에 딱 맞는 형상을 가지도록 한다. 뿐만 아니라, 원형의 칫솔모 이외에 어금니 쪽은 밑면, 윗면에도 칫솔모를 부착시킨다.내부에 구동 모터를 수용하고, 그림2의 ①부분에서 볼 수 있듯이 모터의 출력을 벨트와 기어를 사용하여 와이어로 동력을 전달한다. 와이어에 원형 칫솔모를 부착한 칫솔은 전기의 힘으로 칫솔모를 회전시키게 되는데, 운동방향이 일정 시간을 가지고 시계 방향 또는 반시계 방향으로 변동하는 방식 이다. 구동모터가 작동하면 기어에 의해 동력을 전달시키고 기어와 와이어를 결합했기 때문에 전체적으로 와이어가 일정방향으로 회전을 한다.구동 모터는, 칫솔모를 회전시키는 진동(회전력) 발생 모듈로서, 건전지 등의 전원 모듈로부터 전력을 공급받아 회전력으로 전환시킬 수 있다. 진동(회전)의 세기, 속도, 시간을 조정할 수 있는 버튼을 장착한다. 이때 모터와 칫솔모의 회전 방향은 위 그림과 같다. 회전 와이어는, 구동 모터와 연결되어 회전하는 것으로서, 칫솔모에 회전력을 전달하는 역할을 할 수 있다. 내구성과 탄성 및 내식성을 가진 재료를 사용한다.칫솔모는, 회전 와이어를 중심으로 강모가 나선형으로 식모되어 전체 윤곽이 원기둥 형태를 이루도록 구성할 수 있다. 교체가 가능하도록 탈부착형으로 구성한다. ‘스마트 칫솔’의 가장 많은 비중을 차지하는 마우스피스 본체는 입에 물어야하기 때문에 인체에 무해하고 가벼우며 탄성이 있는 TPV로 제작한다.3. 치수결정* 와이어와이어 무게 : 6.45 g/cm3와이어 회전속도 : 350 RPM와이어 Elastic modulus : 75?83 GPa와이어 지름 : 4.1mmS=2로 가정sigma _{Y`} =20.39kgf/mm ^{2}T=0.05kgf CIRC mmL=200mmdelta =70mmdelta = {WL ^{3}} over {48EI} `(I= {pi d ^{4}} over {64} )->W=0.1680d ^{4}M= {1} over {2} WL=16.80d ^{4}d GEQ root {3} of {{32S} over {pi sigma _{Y}} sqrt {M ^{2} + {3} over {4} T ^{2}}}THEREFORE d ^{4} (d ^{2} -16.80) GEQ 0.001875 - 와이어 지름 치수 결정 과정* 평기어W=f _{v} TIMES sigma _{b} TIMES b TIMES m TIMES y##(*f _{v} = {0.75} over {1+v} +0.25)##N=350RPM`=>`v=0.1##THEREFORE `f _{v} = {0.75} over {1+0.1} +0.25=0.932##sigma _{b} =5,`b=0.2,`m= {D} over {Z} =0.3##y=0.305##THEREFORE `W=0.85kg##H= {W _{v}} over {75} =1.13 TIMES 10 ^{-3} (ps)##`````````````````````````````=`0.33 TIMES 10 ^{-4} (kw)D : 6mm, Z : 20개 가정fv : 적용범위 비금속피치 반지름 : 3mmsigma _{b} : 허용 반복 굽힘 응력페놀수지 5로 설정b : 이폭 0.2mm로 가정y : 치형계수 ? 입력각 14.5 표준기어로 가정실제 설계에서는 굽힘강도와 면압강도를 동시에 검토한 다음 안전한 쪽을 취하지만 경부하이고 마멸이 적다고 가정하여 굽힝강도로 계산하였다.* 모터* 웜기어W=f _{v} TIMES sigma TIMES b TIMES p TIMES yf _{v} = {1+0.25V _{g}} over {1+V _{g}}V _{g} =0.2m/s` RARROW f _{v} =0.875sigma _{b} =3.0`,`p=P _{s} TIMES Cos beta (p _{s} = pi `m _{s} `=` pi TIMES {D _{g}} over {Z _{g}} =0.94)THEREFORE p=0.94 TIMES Cos23 DEG #

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부산대학교 기계공학부 공학작문및발표 A+ 실험보고서

공학작문 보고서(7분반)제목 : 실험 결과보고서과목담당 교수실험 제목학과학번성명제출일자1. 실험목적실험의 목적은 크게 세가지가 있다. 첫째, 스트레인 게이지를 이용하여 스트레인을 측정하는 원리를 이해한다. 둘째, 스트레인 게이지에서 얻어진 PC 데이터를 처리하는 방법을 습득한다. 셋째, Stress-Strain 관계를 이해하고, SM45C의E를 구하는 방법을 확인한다.2. 실험내용1) 시편 제작스트레인 게이지를 시편에 부착하기 전에 사포와 아세톤을 이용하여 매끈한 표면을 가진 시편을 만들어주어야한다.* 코로나라는 특수한 상황으로 인해 시편 제작은 어떠한 재료가 쓰이며 제작 방법은 어떻게 되는 것인지 설명으로만 듣고, 기존에 제작되어있는 시편을 사용하는 것으로 대신하였다.2) 스트레인 게이지에 하중을 가하면서 변형률 측정 실험스트레인 게이지는 물체가 외력으로 변형될 때 변형을 측정하는 측정기를 말한다. 이 장치를 이용하여 실험자가 직접 하중을 변화시키며 가할 때, 하중의 변화에 따라 나타나는 변형을 PC 데이터로 측정한다.3. 실험 관련이론1) 탄성계수 식 유도 외팔보와 스트레인 게이지은 스트레인 게이지가 부착된 외팔보를 나타낸 것이고 측정하여야 할 값들이 나와있다. 각각의 값들이 무엇을 의미하는지 살펴보면,a : 벽면부터 스트레인 게이지의 중앙까지의 거리[mm]l : 벽면부터 하중을 가하는 지점까지의 거리[mm]h : 외팔보의 높이[mm]b : 외팔보의 폭[mm]W : 외팔보에 가하는 하중[kgf]이다.탄성계수 식을 유도하기 위해 필요한 기본 식들을 살펴보면,① Hook’s lowsigma =E` varepsilon ② 굽힘 모멘트M=W(l-a)③ 굽힘 응력sigma = {Mc} over {I _{z}} = {6M} over {bh ^{2}} = {M} over {Z}(c : 도심축까지의 거리({bar{y}} = {h} over {2}),I _{z} = int _{} ^{} {y ^{2} dA} = {1} over {12} bh ^{3},Z= {c} over {I _{z}} = {bh ^{2}} over {6})①, ②, ③의 식들을 정리하면sigma =E` varepsilon = {6M} over {bh ^{2}} = {6W(l-a)} over {bh ^{2}}가 유도된다.위의 식에서 변형률을 우변으로 넘기면E= {6W(l-a)} over {varepsilon `bh ^{2}}인 최종식이 유도된다. W(하중)과varepsilon (변형률)은 실험을 통해 측정할 수 있다.4. 실험장치 및 방법1) 실험장치 하중 및 변형률 측정에 사용한 실험 장치실험에 사용된 장치는 에 보이듯이 스트레인 게이지, 인장 압축용 로드셀, 게이지 터미널, 수직용 이송장치(하중장치), signal station, PC 등으로 구성된다.* 시편 제작을 위한 재료 및 실험 장치는 부록 7.1에 서술되어있다.2) 실험방법① 시편을 하중장치에 연결한다. (0~100[kgf])② 각 채널에 로드셀, 스트레인 게이지를 연결한다.- 0번 채널 : W(하중) [kgf] (실험 데이터에TIMES 10)- 1번 채널 :varepsilon [무차원] (실험 데이터에TIMES 10 ^{-3})③ Software를 실행한다.※ 영점조절 : repeat check -> Average(오차) -> Signal Station의 offset 조정, 0점 조정 -> repeat check 해제④ Connect Com3- 10[us] & 1000 length로 repeat- 0, 1 채널 check-Sampling 10000[us] -> 0.01[sec] (데이터 간격)- AD length 1000∴ 0.01 X 1000 = 10[sec]※ 실험 전에 핸들을 움직여 보면서 그래프를 확인한다. 너무 과한 움직임은 최대 수용 하중을 초과할 수 있으므로 주의한다. 실험을 save 한 후 저장파일 생성 -> AD start 후 핸들 돌리기 -> AD stop* 시편 제작 방법은 부록 7.2에 서술되어있다.5. 실험결과 및 고찰1) 치수a98.10 [mm]b49.85 [mm]l258.45 [mm]h6.00 [mm] 측정 결과2) 하중, 시간, 변형률 사이의 관계※ 실험조건- Data sampling time : 0.01 [sec]- Data 개수 : 1000- 실험 시간 : 0.01 X 1000 = 10 [sec] 하중-시간 그래프 변형률-시간 그래프 하중-변형률 그래프실제 실험에서 하중을 가하는 건 실험자인 작성자 본인이 진행하였고 10초동안 하중을 가하였다가 줄이고 다시 가하였다가 줄이고를 반복하였다. 그 결과가 와 에서 보여지듯이 시간에 따라 하중과 변형률이 늘어나고 줄어들고 하는 것으로 나타났다. 이를 토대로 탄성계수를 구하기 위해서는 의 하중-변형률 그래프의 기울기를 알아야하는데, 더 정확한 값을 구하기 위하여 의 그래프를 매트랩 프로그램으로 피팅하여 기울기를 구하고 실험적 탄성계수를 구하였다. 피팅된 하중-변형률 그래프는 하중-변형률 그래프와 피팅을 이용하여 피팅된 곡선을 함께 나타낸 그래프이다. 하중-변형률 그래프에서 기울기는{W(`하중)} over {varepsilon (변형률)}을 뜻하고 이 값은 매트랩 프로그램 상에 나타난 기울기의 값을 통해 알 수 있다.위의 결과가 매트랩 프로그램을 통해 구한 값이며, 기울기(p1)가 7371이므로{W(`하중)} over {varepsilon (변형률)}= 7371 [kgf] 임을 알 수 있다. 이를 통해 탄성계수E를 구해보면,E= {6W(l-a)} over {varepsilon bh ^{2}} = {6 TIMES (258.45-98.10)} over {(49.85) TIMES (6.00) ^{2}} TIMES 7371=3951.65 [kgf/mm^2] 이다. 이번 실험에서는 스트레인 게이지를 하나만 사용하였으므로E의 값에 4를 곱해주어야 한다. 그리고 1 [kgf] = 9.81 [N],10 ^{9} [Pa] = 1 [GPa],10 ^{6} [mm^2] = 1 [m^2] 이므로E의 값을 Pa 단위로 정리해주면 다음과 같다.E=4 TIMES 3951.65 TIMES {9.81} over {1} TIMES {1} over {10 ^{9}} TIMES {10 ^{6}} over {1} =155.06 [GPa]따라서 위에서 구한 탄성계수는 실험을 통해 얻어낸 SM45C의 탄성계수이며 실제 SM45C의 탄성계수와의 비교를 통해 실험값과 실제값의 오차를 알 수 있다. SM45C의 물성치을 보면 SM45C의 이론적인 탄성계수는 206 [GPa] 인 것을 알 수 있다. 이를 통해 오차율을 계산해보면, 오차율={LEFT | E _{이} -E _{실} RIGHT |} over {E _{이}} TIMES 100%= {LEFT | 206-155.06 RIGHT |} over {206} TIMES 100%=24.73 [%] 이다. 실험을 하였을 때 조교님께서 오차가 35% 이하의 값이 나오면 성공적인 실험이라고 하셔서 오차는 있었지만 성공적인 실험 결과임을 알 수 있다.6. 결론이번 실험은 스트레인 게이지 1개를 이용하여 변형률 및 하중을 구하고 탄성계수를 도출하는 실험이었다. 코로나라는 특수한 상황으로 인해 시편 제작 및 부착은 직접 못해보았고 이미 부착이 되어 있는 상태에서 실험을 시작하였다. 버니어 캘리퍼스를 이용하여 길이, 폭, 두께를 측정하고 하중을 가하면서 변형률과 하중의 값과 그래프를 얻어내었다. 이 그래프들과 매트랩 프로그램을 이용하여 기울기를 구하고 실험적인 탄성계수E의 값을 구할 수 있었다. 실험결과 및 고찰에서 구했듯이 오차율이 24.73%가 나왔다.오차가 크게 나왔는데 오차가 나온 원인을 생각해보면 측정 오차, 스트레인 게이지 자체의 오차, signal station의 영점과 gain 오차, 폴 프리지가 아닌 쿼터 브리지 실험으로 인한 오차 등 너무나도 다양한 원인들이 있어서 오차가 크게 나온 것으로 예상이 된다.스트레인 게이지 실험을 통하여 하중과 변형률의 관계에 대해서 알 수 있었고 탄성계수E를 구하는 법, 그리고 이 과정에서 구하는 값들의 의미에 대해서 알 수 있는 유익한 실험이었다. 이번 실험은 SM45C의 탄성계수만 구하였지만 시편을 다양하게 변경하면 다른 물질의 탄성계수도 구할 수 있기 때문에 매우 중요한 실험이었던 것 같다. 더 정밀한 환경에서 오차를 줄이며 실험을 진행한다면 이론값과 매우 근접한 값이 구해질 것이고 이를 통해 물질의 특성을 알 수 있어서 다양한 방면에서 참고가 가능할 것이다. 탄성계수 뿐만아니라 다른 물성치를 구할 때에도 실험 진행 방식은 비슷할테니 다양한 물질들의 물성치를 구하기 위해 알아두어야 할 중요한 실험인 것 같다.7. 느낀점 및 소감실험을 진행하면서 조교님께서 먼저 시범을 보여주신 후 따라하는 형식이라 어렵지 않게 실험을 진행할 수 있었다. 실험과목에서 제출한 보고서는 실험 과정 중에 찍었던 사진들도 매우 많이 있었고 이론도 책과 인터넷에서 검색하여 자세히 적는다고 페이지 수가 16페이지가 나왔다. 박전수 교수님의 실험 보고서에 관한 강의를 듣고 난 후에 다시 나의 보고서를 보니 그저 양을 늘리기 위한 보고서라는 느낌이 강하게 들었고, 교수님께서 페이지 제한을 하셨기에 필수적인 내용이 아니라고 판단한 부분들은 다 제외하였다. 그래서 보고서를 마무리하고 보니 표지와 부록을 제외하고 6페이지가 되었다. 페이지 수가 현저하게 줄었지만 충분히 실험에 관하여 정리가 잘 되어있고 읽는 입장에서도 이해가 가능할 것이라는 느낌이 든다. 아직 많은 실험들이 남아 있는데 이 실험들의 보고서는 무작정 양을 늘리는 것이 아니라 이번 강의에서 배운 것들을 토대로 간결하고 깔끔하게 핵심 내용들만 넣어서 작성하는 것이 좋을 것 같다.

공학/기술| 2022.01.12| 8페이지| 2,000원| 조회(523)

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