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[유체실험] 레이놀즈수측정예비실험 평가A좋아요

1.실험 목적실제 유체의 유동은 점성에 의한 마찰로 인해 이상유체의 유동보다 대단히 복잡하다. 점성의 영향은 유동을 방해한다. 점성유동은 층류와 난류로 구분된다. 유체의 유동은 점성의 영향을 많이 받아 유동의 흐름에 방해를 받는다. 일정한 동점성계수(즉, 동일한 유체)는 동일한 관에서의 Re수의 차이는 속도 즉 유량에 관계가 있는 것으로 보고 흐름 상태, 레이놀드수와의 관계 및 층류와 난류의 개념을 이해하고 유량(속도)을 달리함으로써 천이유동에서의 임계Re를 구한다. 다시 말해 본 실험은 파이프내의 유체의 유동상태와 레이놀즈 수와의 관계를 이해하고, 층류와 난류의 개념을 이해하며, 임계레리놀즈 수를 계산하는데 목적이 있다.2.관련이론 및 해석시간선(timeline)-유동장에서 인접한 수많은 유체입자들을 어느 순간에 표시해 보면, 이 입자들은 그 순간에 유체 내에서 하나의 선을 형성하게 된다. 이 선을 시간선이라 한다. 이 선을 계속적으로 관찰하면 유동장에 대한 정보를 얻을 수 있다. 예를 들면 일정한 전단력의 작용하에서 유체의 거동을 논의할 때 연속되는 순간순간에서의 변형을 보여주기 위하여 시간선이 인용된다.유적선(pathline)-운동하는 유체입자에 의하여 그려지는 경로, 또는 궤적이다. 염료를 이용하여 동일한 입자의 연속되는 운동을 계속적으로 촬영하면 주어진 순간의 유적선을 볼 수 있다. 즉 입자를 추적하면서 그려진 선이 유적선이다.유선(streamline)-유동장 내의 모든 점에서 어떤 주어진 순간에 유동방향에 접선이 되도록 유동장에 그려진 선을 말한다. 유선들은 그 유동장 내의 모든 점에서의 속도벡터에 접선이기 때문에 유선을 가로지르는 유동은 없다. 정상유동에서는 유동장 내의 각 점에서의 속도는 시간에 대하여 일정하며 결과적으로 유선은 순간순간 변화하지 않는다. 이것은 어떤 주어진 유선상에 놓여 있는 입자는 계속 동일한 유선상에 있게 된다는 것을 의미한다.유맥선(streakline)-공간상에 위치를 선정하고 염료를 사용하여 이 점을 통과하는 모든 유체입자를 식별할 수 있도록 하자. 시간이 약간 흐른 뒤에 공간상의 고정된 한 지점을 통과한 수많은 식별가능한 입자들을 발견하게 될 것이다. 바로 이 입자들을 연결한 선을 유맥선이라고 한다.유체(fluid)-액체, 기체, 증기 등을 통틀어서 일컹는 말이다. 유체란 뒤틀림(distortion)에 대하여 영구적으로 저항하지 않는 물질이다. 유체는 고체와 달리 그 형태가 쉽게 변화되며 일정량의 유체의 모양을 변형시키려고 하면 유체의 얇은 층이 다른 층을 미끄려져서 마침내 새로운 모양이 이루어진다. 이러한 변형 중에는 전단 응력(shear stress)이 나타나게 되는데 그 크기는 유체의 점도(viscosity)와 미끄럼 속도에 따라 달라진다. 그러나 일단 새로운 모양이 형성되면 모든 전단 응력은 소멸된다. 이때 유체는 평형상태에 있다고 말한다. 평형 유체에는 전단응력이 없다. 주어진 온도와 압력에서 유체의 밀도는 일정한 값을 가진다. 밀도(density)는 보통 1b/ft3, kg/m3 등으로 측정한다. 유체의 밀도는 온도와 압력에 좌우되는데 그 변화는 클 때도 있고 작을 때도 있다. 온도와 압력을 다소 변화시켰을 때 밀도가 별로 변화지 않는 유체는 비압축성(uncompressible)유체라 하고, 밀도가 민감하게 변화는 것은 압축성(compressible)유체라 한다. 대개 액체는 비압축성 유체이고 기체는 압축성 유체이다.층류(laminar flow)-유체의 질서 정연한 흐름이고 난류와 대비된다. 가는 파이프에 물을 흘릴 경우, 잉크를 넣어 흐름의 상태를 관측하면 유속에 따라 레이놀즈 수가 작을 때에는 색줄이 직선으로 되고, 물의 각부분이 파이프 벽에 평형으로 움직이며 서로 섞이지 않는 것을 알 수 있다. 이러한 흐름이 층류 이다. 속도가 작을 때 유체는 측면혼합(lateral mixing)이 없게 흐르게 되며 인접한 층이 다른 층을 지나서 흐른다. 여기에는 종단흐름(Cross curent)이나 소용돌이가 없다. 속도가 커지면 난류가 생기고 소용돌이가 발생하여 혼합이 일어나게 된다.난류(turbulent flow)-유체는 관이나 도관에서 두 가지 다른 모양으로 흐른다는 것이 오래 전부터 알려져 있다. 유량이 적을 때에는 유체중의 압력강하는 유속에 비례하여 증가하지만 유량이 크면 보다 빨리 즉 대개 유속의 제곱에 비례하여 증가한다. 이 두 흐름의 구별은 Osborne Reynolds가 처음으로 실험에 의하여 증명하였다. 그는 물이 들어있고 벽이 유리로 된 탱크 안에 수평유리 tube를 설치하고 tube안에서의 유량을 vavle로 조절하였다. tube 입구를 나팔처럼 벌리고, 위에 있는 flask로부터 tube입구 흐름 중에 미세한 물감줄기를 도입하였다. Reynold는 유량이 적을 때에는 물감줄기가 흐름에 따라 고스란히 흐르며 교차혼합이 일어나지 않음을 알았다. 이 색깔띠의 거동으로부터 물이 평형한 직선으로 흐름을 분명히 알 수 있었는데 이 흐름이 곧 층류(laminar)이다. 유량을 증가시키면 임계속도(Critical Velocity)에 이르게 되는데 이때부터 물감줄기가 파형이 되고 점점 없어져서 마침내 물이 흐르는 단면 전체에 퍼진다. 이러한 물감의 이동으로부터 물이 더이상 층류로 흐르지 않고 교차혼합 흐름 및 소용돌이를 이루며 흐른다는 것을 알 수 있다. 이러한 운동형태가 난류(turbulence)이다.레이놀즈수(Reynolds Number)관, duct에서와 같은 내부유동해석시 마찰로 인하 압력손실을 고려함으로써 물공급 계통에서 펌프용량이나 유출량을 결정할 수 있다.관내에서의 근본적인 유동형태로는 층류와 난류가 있다. 층류(laninar flow)와 난류(turbulent flow)가 있다. 층류유동시는 주어진 층내의 유체입자는 두층내에 머물며, 전단응력은 층과 층의 미끄럼으로 생기게 된다. 난류 유동시 유체입자는 시간과 공간적으로 불규칙하게 흐르며 속도교란은 유동방향과 수직방향으로 발생한다.일반적으로 속도교란은 평균치(평균속도)에 비교하여 작다. 평균속도가 시간에 따라 변하지 않는 한, 난류정상류(turbulent flow)로서 유동을 나타내게 할 수 있다. 그러나 속도교란이 적을지라도 유동특성에 효과를 미친다. 예를 들면 빠른 유동층에서부터 느린 유동층까지 유체 입자의 확유동은 느린 유동층에서의 속도를 증가시키는 효과를 갖게 될 것이다. 비슷하게 느린 유동입자의 빠른 유동입자에 대한 운동은 빠른 유동층의 유체속도를 감소시킬 것이다. 그래서 유동방향에 수직방향인 입자운동들은 등가전단응력(equivalent shear stress)으로 작용한다.레이놀즈 수(Reynolds number)의 층류에서 난류에로의 전이-Renolds는 흐름이 한 형태에서 다른 형태로 바뀌는 조건에 관하여 연구하였는데 층류가 난류로 바뀌기 시작하는 임계속도는 튜브의 지름, 액체의 점도, 밀도 및 평균선 속도 등 4가지양에 좌우됨을 알아냈다. 그는 또한 4가지 양을 하나의 군으로 조합하고 이군의 값에 따라 흐름의 종류가 달라짐을 알았다.층류, 전이이름, 난류의 비교물가 선의 거동압력 강하REYNOLDS층 류Dye in 직선적인 흐름층류와 난류 사이에서 진동하는 흐름Dye in불규칙적인 흐름전 이 영 역Q10에 비례한 값에서 다른 값으로 진동한다. 측정이 아주 어렵다.아주 매끈한 관:Q10 에 비례. 아주거친관:Q20 에 비례난 류＜ 20002000 4000＞ 4000-유체유동에서 유체입자들이 층을 이루면서 안정된 진로를 따라 움직일 때를 층류(laminar flow)라 하고, 이와 반대로 움직일 때, 즉 유체입자들이 대단히 불규칙적인 경로로 움직일 때 난류(turbulent flow)라 한다. 유체의 평균속도를 V , 관의 내경을 d, 유체의 밀도와 점성계수를 각각 ρ와 μ라고 하면 레이놀즈 수를 다음과 같이 나타낼 수 있다.그런데그러므로여기서nu는 동점성 계수(m2/s)이다. 위 식으로 정의되는 변수의 무차원군을 레이놀즈 수(Renolds number) Re라 한다 이것은 이름이 있는 무차원군 중의 하나이다. 이 값은 단위가 일관성이 있으며 사용하는 단위계의 종류에 무관하다.그림 6.1 파이프내의 유동형태관 입구에서의 유동의 전개상황을 보면 등속류로 직선관에 유입된 유체는 점성 때문에 관벽에서 유체속도는 영이어야 한다. 속도가 영인 유체는 점차적으로 인접한 유체의 속도를 감속시킨다. 그리고 이 유체는 차례로 인접한 빠른 유체의 속도를 감소시키고 또 계속적으로 점성효과가 관의 전단면에 미치게 된다. 바꾸어 말하면, 입구 근처에서 벽마찰 또는 점성효과가 마침내 관을 채운 영속증가층(ever increasing layer)으로 제한된다. 유동의 중앙 또는 핵(core)영역은 점성효과가 존재하지 않는 균일한 유동영역이다. 어느 이상의 하류에서 핵영역은 사라지고 유동은 완정히 점성유동으로 발전된다. 또한 완전히 발달된 유동의 상태, 즉 층류이든 난류이든 Renolds수에 관계될 것이다.완정히 발전된 유동을 얻기에 필요한 입구 길이는 유동의 형태에 관계된다. 예를 들면, 원형관내 층류유동에 대하여 필요한 입구 길이는 대략 다음과 같다L over D = (0.057)Re_0 , Re_0 ={rho V D} over {mu}임계 Renolds수 2100인 경우, 완정히 발달된 층류유동을 얻기 위한 입구길이는 관직경의 거의 119.7배이다. 난류유동에 대하여 완전히 발달된 유동을 얻기 위한 입구길이는 관내경의 25와 50배 사이이다. 이는 벽조도와 입구형상고 연관있는 값이다. 예를 들면 단형개구관에 필요한 입구 길이는 원형계에 비해 비교적 작음을 알 것이다. 필요하다면 입구효과는 일반적으로 완전히 발달된 유동에 비해 얻는 값에 작은 수정계수를 적용함으로써 다루어질 것이다.유체의 평균속도를 V , 관의 내경을 d, 유체의 밀도와 점성계수를 각각 ρ와 μ라고 하면 레이놀즈수를 다음과 같이 나타낼수 있다.Re= {Vd} over { nu } = { rho Vd} over { mu }V= { Q} over {A } = { Q} over { { { pi d}^{ 2} } over {4 } }

공학/기술| 2002.10.30| 7페이지| 1,000원| 조회(797)

실험, 레이놀즈, 기계, 유체

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[유체실험] 레이놀즈수측정결과실험

9535071 이경택1.실험 목적실제 유체의 유동은 점성에 의한 마찰로 인해 이상유체의 유동보다 대단히 복잡하다. 점성의 영향은 유동을 방해한다. 점성유동은 층류와 난류로 구분된다. 유체의 유동은 점성의 영향을 많이 받아 유동의 흐름에 방해를 받는다. 일정한 동점성계수(즉, 동일한 유체)는 동일한 관에서의 Re수의 차이는 속도 즉 유량에 관계가 있는 것으로 보고 흐름 상태, 레이놀드수와의 관계 및 층류와 난류의 개념을 이해하고 유량(속도)을 달리함으로써 천이유동에서의 임계Re를 구한다. 다시 말해 본 실험은 파이프내의 유체의 유동상태와 레이놀즈 수와의 관계를 이해하고, 층류와 난류의 개념을 이해하며, 임계레리놀즈 수를 계산하는데 목적이 있다.2.관련이론 및 해석시간선(timeline)-유동장에서 인접한 수많은 유체입자들을 어느 순간에 표시해 보면, 이 입자들은 그 순간에 유체 내에서 하나의 선을 형성하게 된다. 이 선을 시간선이라 한다. 이 선을 계속적으로 관찰하면 유동장에 대한 정보를 얻을 수 있다. 예를 들면 일정한 전단력의 작용하에서 유체의 거동을 논의할 때 연속되는 순간순간에서의 변형을 보여주기 위하여 시간선이 인용된다.유적선(pathline)-운동하는 유체입자에 의하여 그려지는 경로, 또는 궤적이다. 염료를 이용하여 동일한 입자의 연속되는 운동을 계속적으로 촬영하면 주어진 순간의 유적선을 볼 수 있다. 즉 입자를 추적하면서 그려진 선이 유적선이다.유선(streamline)-유동장 내의 모든 점에서 어떤 주어진 순간에 유동방향에 접선이 되도록 유동장에 그려진 선을 말한다. 유선들은 그 유동장 내의 모든 점에서의 속도벡터에 접선이기 때문에 유선을 가로지르는 유동은 없다. 정상유동에서는 유동장 내의 각 점에서의 속도는 시간에 대하여 일정하며 결과적으로 유선은 순간순간 변화하지 않는다. 이것은 어떤 주어진 유선상에 놓여 있는 입자는 계속 동일한 유선상에 있게 된다는 것을 의미한다.유맥선(streakline)-공간상에 위치를 선정하고 염료를 사용하여 이 점을 다.유체(fluid)-액체, 기체, 증기 등을 통틀어서 일컹는 말이다. 유체란 뒤틀림(distortion)에 대하여 영구적으로 저항하지 않는 물질이다. 유체는 고체와 달리 그 형태가 쉽게 변화되며 일정량의 유체의 모양을 변형시키려고 하면 유체의 얇은 층이 다른 층을 미끄려져서 마침내 새로운 모양이 이루어진다. 이러한 변형 중에는 전단 응력(shear stress)이 나타나게 되는데 그 크기는 유체의 점도(viscosity)와 미끄럼 속도에 따라 달라진다. 그러나 일단 새로운 모양이 형성되면 모든 전단 응력은 소멸된다. 이때 유체는 평형상태에 있다고 말한다. 평형 유체에는 전단응력이 없다. 주어진 온도와 압력에서 유체의 밀도는 일정한 값을 가진다. 밀도(density)는 보통 1b/ft3, kg/m3 등으로 측정한다. 유체의 밀도는 온도와 압력에 좌우되는데 그 변화는 클 때도 있고 작을 때도 있다. 온도와 압력을 다소 변화시켰을 때 밀도가 별로 변화지 않는 유체는 비압축성(uncompressible)유체라 하고, 밀도가 민감하게 변화는 것은 압축성(compressible)유체라 한다. 대개 액체는 비압축성 유체이고 기체는 압축성 유체이다.층류(laminar flow)-유체의 질서 정연한 흐름이고 난류와 대비된다. 가는 파이프에 물을 흘릴 경우, 잉크를 넣어 흐름의 상태를 관측하면 유속에 따라 레이놀즈 수가 작을 때에는 색줄이 직선으로 되고, 물의 각부분이 파이프 벽에 평형으로 움직이며 서로 섞이지 않는 것을 알 수 있다. 이러한 흐름이 층류 이다. 속도가 작을 때 유체는 측면혼합(lateral mixing)이 없게 흐르게 되며 인접한 층이 다른 층을 지나서 흐른다. 여기에는 종단흐름(Cross curent)이나 소용돌이가 없다. 속도가 커지면 난류가 생기고 소용돌이가 발생하여 혼합이 일어나게 된다.난류(turbulent flow)-유체는 관이나 도관에서 두 가지 다른 모양으로 흐른다는 것이 오래 전부터 알려져 있다. 유량이 적을 때에는 유체중의 압력강하는 유속에 유리로 된 탱크 안에 수평유리 tube를 설치하고 tube안에서의 유량을 vavle로 조절하였다. tube 입구를 나팔처럼 벌리고, 위에 있는 flask로부터 tube입구 흐름 중에 미세한 물감줄기를 도입하였다. Reynold는 유량이 적을 때에는 물감줄기가 흐름에 따라 고스란히 흐르며 교차혼합이 일어나지 않음을 알았다. 이 색깔띠의 거동으로부터 물이 평형한 직선으로 흐름을 분명히 알 수 있었는데 이 흐름이 곧 층류(laminar)이다. 유량을 증가시키면 임계속도(Critical Velocity)에 이르게 되는데 이때부터 물감줄기가 파형이 되고 점점 없어져서 마침내 물이 흐르는 단면 전체에 퍼진다. 이러한 물감의 이동으로부터 물이 더이상 층류로 흐르지 않고 교차혼합 흐름 및 소용돌이를 이루며 흐른다는 것을 알 수 있다. 이러한 운동형태가 난류(turbulence)이다.레이놀즈수(Reynolds Number)관, duct에서와 같은 내부유동해석시 마찰로 인하 압력손실을 고려함으로써 물공급 계통에서 펌프용량이나 유출량을 결정할 수 있다.관내에서의 근본적인 유동형태로는 층류와 난류가 있다. 층류(laninar flow)와 난류(turbulent flow)가 있다. 층류유동시는 주어진 층내의 유체입자는 두층내에 머물며, 전단응력은 층과 층의 미끄럼으로 생기게 된다. 난류 유동시 유체입자는 시간과 공간적으로 불규칙하게 흐르며 속도교란은 유동방향과 수직방향으로 발생한다.일반적으로 속도교란은 평균치(평균속도)에 비교하여 작다. 평균속도가 시간에 따라 변하지 않는 한, 난류정상류(turbulent flow)로서 유동을 나타내게 할 수 있다. 그러나 속도교란이 적을지라도 유동특성에 효과를 미친다. 예를 들면 빠른 유동층에서부터 느린 유동층까지 유체 입자의 확유동은 느린 유동층에서의 속도를 증가시키는 효과를 갖게 될 것이다. 비슷하게 느린 유동입자의 빠른 유동입자에 대한 운동은 빠른 유동층의 유체속도를 감소시킬 것이다. 그래서 유동방향에 수직방향인 입자운동들은 등가전단응력(e였는데 층류가 난류로 바뀌기 시작하는 임계속도는 튜브의 지름, 액체의 점도, 밀도 및 평균선 속도 등 4가지양에 좌우됨을 알아냈다. 그는 또한 4가지 양을 하나의 군으로 조합하고 이군의 값에 따라 흐름의 종류가 달라짐을 알았다.층류, 전이이름, 난류의 비교물가 선의 거동압력 강하REYNOLDS층 류Dye in 직선적인 흐름층류와 난류 사이에서 진동하는 흐름Dye in불규칙적인 흐름전 이 영 역Q10에 비례한 값에서 다른 값으로 진동한다. 측정이 아주 어렵다.아주 매끈한 관:Q10 에 비례. 아주거친관:Q20 에 비례난 류＜ 20002000 4000＞ 4000-유체유동에서 유체입자들이 층을 이루면서 안정된 진로를 따라 움직일 때를 층류(laminar flow)라 하고, 이와 반대로 움직일 때, 즉 유체입자들이 대단히 불규칙적인 경로로 움직일 때 난류(turbulent flow)라 한다. 유체의 평균속도를 V , 관의 내경을 d, 유체의 밀도와 점성계수를 각각 ρ와 μ라고 하면 레이놀즈 수를 다음과 같이 나타낼 수 있다.그런데그러므로여기서nu는 동점성 계수(m2/s)이다. 위 식으로 정의되는 변수의 무차원군을 레이놀즈 수(Renolds number) Re라 한다 이것은 이름이 있는 무차원군 중의 하나이다. 이 값은 단위가 일관성이 있으며 사용하는 단위계의 종류에 무관하다.그림 6.1 파이프내의 유동형태관 입구에서의 유동의 전개상황을 보면 등속류로 직선관에 유입된 유체는 점성 때문에 관벽에서 유체속도는 영이어야 한다. 속도가 영인 유체는 점차적으로 인접한 유체의 속도를 감속시킨다. 그리고 이 유체는 차례로 인접한 빠른 유체의 속도를 감소시키고 또 계속적으로 점성효과가 관의 전단면에 미치게 된다. 바꾸어 말하면, 입구 근처에서 벽마찰 또는 점성효과가 마침내 관을 채운 영속증가층(ever increasing layer)으로 제한된다. 유동의 중앙 또는 핵(core)영역은 점성효과가 존재하지 않는 균일한 유동영역이다. 어느 이상의 하류에서 핵영역은 사라지고 유동은 완정히형관내 층류유동에 대하여 필요한 입구 길이는 대략 다음과 같다L over D = (0.057)Re_0 , Re_0 ={rho V D} over {mu}임계 Renolds수 2100인 경우, 완정히 발달된 층류유동을 얻기 위한 입구길이는 관직경의 거의 119.7배이다. 난류유동에 대하여 완전히 발달된 유동을 얻기 위한 입구길이는 관내경의 25와 50배 사이이다. 이는 벽조도와 입구형상고 연관있는 값이다. 예를 들면 단형개구관에 필요한 입구 길이는 원형계에 비해 비교적 작음을 알 것이다. 필요하다면 입구효과는 일반적으로 완전히 발달된 유동에 비해 얻는 값에 작은 수정계수를 적용함으로써 다루어질 것이다.유체의 평균속도를 V , 관의 내경을 d, 유체의 밀도와 점성계수를 각각 ρ와 μ라고 하면 레이놀즈수를 다음과 같이 나타낼수 있다.Re= {Vd} over { nu } = { rho Vd} over { mu }V= { Q} over {A } = { Q} over { { { pi d}^{ 2} } over {4 } }Re= { 4Q} over { pi d nu } = { 4Q rho } over { mu }여기서nu는 동점성계수(m2/s)이다. 층류에서 난류로, 또는 난류에서 층류로 천이할 때의 유속을 임계속도라 하고, 그 때의 레이놀즈수를 임계레이놀즈수라고 한다. 층류에서 난류로 바뀔 때의 레이놀즈수의 값을 상임계 레이놀즈수라 하고, 난류에서 층류로 바뀔 때의 레이놀즈수를 하임계 레이놀즈수라 한다.실험에서 저장조로 부터 원관을 통해 물이 흐르고 유동의 가시화를 위해 원관의 입구에서 염료를 가늘게 주입한다. 유량이 적을 때는 유동내의 주입된 염료선은 하나의 선을 이룬다. 즉 유동이 층류이기 때문에 염료의 분산은 거의 없다. 층류유동은 유체 유동이 층상으로 흐르고 주위의 유체층과 거시적인 혼합이 거의 없다. 원관을 통한 유량이 증가됨에 따라 염료선은 불안정하게 되고 불규칙한 운동으로 흩어진다. 염료선은 퍼지고 무수하게 얽힌 실과 같이 꼬인다. 그리고 이것은 전체 유동장을다.

공학/기술| 2002.10.30| 7페이지| 1,000원| 조회(1,200)

실험, 기계, 유체, 레이놀즈수

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[유체실험] 외부유동예비실험 평가A+최고예요

9535071 이경택1.실험목적외부유동실험에서는 유체중에 잠겨있는 물체 둘레에서의 유동양식(익형 또는 평판 등을 지나는 유동), 물체에 작용하는 양력 그리고 항력(운동에 대한 저항)과 그리고 아마 유체가 물체의 둘레를 지날 때 그 속에서의 점성작용의 양식을 알아보고자 한다. 예를 들어 비행기 자동차등이 움직일 때, 공기로부터 받는 저항이나 정적 지지물이 받는 저항, 건물이나, 다리등은 공기로부터 직접적인 저항을 받게 된다. 이와 같이 움직이는 공기속에 놓인 물체에 작용하는 힘과 여러 가지 현상을 정확히 측정하기 위한 장치가 풍동이다. 이실험은 반드시 상사법칙의 적용을 그 전제로 해야한다.외부유동의 경우에 있어서는 에너지 또는 일이 물체가 유체 속을 유동하는제 전형적으로 사용된다.유체의 운동을 나타내는 운동방정식은 매우 복잡하기 때문에, 한정된 경우외에는 해석적인 해를 구하기 힘들다. 자동차나 항공기가 공기 중을 운동할 때 그 주위의 유동정보를 해석적으로 상세히 구할 수가 없다. 이때 실험적인 방법으로 물체 주위의 유동정보를 구하고자 할 때 풍동실험을 수행한다. 이번 실험에서는 풍동의 원리와 개념, 그리고 피토 튜브의 사용법을 익히고 그것으로 직각 덕트 내의 속도 벡터를 구할 수 있다. 다시말해 본 실험에서는 아음속 풍동(음속보다 낮은 저속의 유동을 실험)을 이용하여, 풍동내부의 유동의 특성 및 물체 주위의 압력분포 등을 측정하여 풍동실험에 관한 기본적인 사항들을 익히고자 한다. 이번 풍동실험은 풍동실험기로 실험하는 데 있어 원관의 단면변화나 원관의 길이 변화에 따른 출구에서의 속도분포를 찾는 데 있다. 즉, 원통주의의 압력과 속도분포를 구하고, 항력을 추에 의한 측정,원기둥의 각도 변환에 따른 항력측정, 후류에서 속도분포에 의한 측정을 각각 비교 검토한다.2. 이론 및 해석1)풍동과 항력계수그림 1.1 원주 주위의 유동의 개략도그림 1.2 원기둥 주위의 유동그림 1.3 덕트내 원기둥을 지나는 유동의 운동방정식 적용위의 그림에서는 여러 가지 풍동을 보여 주고 있 허니콤(honey-comb)이 설치된 보다 큰 덕트로부터 수축관을 거쳐 연결되어 있다. 이러한 수축(contraction)은 시험 부분에서 보다 균일한 유동과 낮은 난류 강도를 얻을 수 있도록 해준다.풍동에서 시험 부분의 유속은 직접 피토관을 사용해서 측정하기보다는 정압을 측정하여 구하는 간접적인 방법을 사용한다.시험 부분에서의 유속 U와 압력차 △P 사이에는ΔP = K ρU^2 over 2인 관계가 성립한다. 따라서 처음에 피토관을 사용하여 유속을 측정하여 항수 K를 결정하고 나면 다음부터는 ΔP만 측정하여 가지고 유속을 구할 수 있게 된다. 풍동의 보정작업은 위의 식에서 K를 구하는 것 외에도 시험 부분의 전단면에 걸쳐서 유동이 얼마나 균일하게, 그리고 얼마나 정상유동에 가깝게 이루어지고 있나 하는 것 등을 조사하는 것들이 포함된다.유체의 유동 중에 놓여 있는 물체는 유동 방향과 수직으로 작용하는 양력(lift)과 유동 방향과 평행하게 작용하는 항력(drag)를 받게 된다 항력은 보통 주위의 경계층에서 일어나는 유체의 점성 마찰에 의한 마찰항력(frictional drag)과 물체 주의에서의 압력항력(pressure drag)으로 나누어서 생각한다. 유동과 평행으로 놓인 평판에 가해지는 항력은 주로 전자에 의한 것이고, 유동에 수직으로 놓인 평판이나 원통 또는 구와 같이 유선형이 아닌 물체에 가해지는 항력은 주로 후자에 의한 것이다. 한편 양력은 순전히 물체의 상하부에서의 유동의 비대칭에 의하여 생기는 압력차에 의해서 발생한다.또 무한 원통 주위에서의 압력 분포를 주류(free stream)의 속도압력(동압)D= C_D {ρV^2 A} over 2와 같이 나타낼 수 있다. 여기서 ρ, V, A는 각각 유체의 밀도, 주류의 속도, 그리고 주류에 수직한 면에 투영된 물체의 단면적을 표시한다. 그리고 CD는 항력계수(drag coefficient)라 불리며 Reynolds 수와 Mach 수의 함수로 알려져 있다. 그러나 Mach수가 0.3보다 작은 경우에 CD이정리(Pi theorem)를 적용하면 2개의 무차원 매개변수를 다음과 같은 함수형태로 나타낼 수 있다.D over{ rho V^2 d^2}~=~ f_2 left({ rho Vd} over mu right)d^2은 단면적 (A = pid^2 /4)에 비례하므로 다음과 같이 쓸 수 있다.(1)D over{ rho V^2 A}~ = ~f_3 ~left({ rho Vd} over mu right)~ = ~ f_3 (Re)비록, 식(1)은 구에 대하여 얻었지만, 방정식의 형태는 어떠한 물체 주위의 비압축성유동에 대해서도 타당하다. Reynolds수를 나타내기 위해 사용된 특성길이는 물체의 모양에 따라 결정된다.항력D~ =~ {C_D A rho V^2 } over 2이다.항력계수C_D는 다음과 같이 정의된다.C_D ~ = ~ F_D over { 1over 2 rho V^2 A}여기서,1 over 2은 (마찰계수를 정의한 방정식에서 사용된 것처럼) 잘 알려진 동압의 형태로 나타내기 위하여 삽입된 것이다. 그러면 식 (1)은C_D ~ = ~ f~(Re)로 쓸 수 있다. 여기서 우리는 항력에 대해 검토하는 과정에서 압축성과 자유표면효과에 대해선 고려하지 않았다. 이러한 인자들이 포함된다면 다음과 같은 함수 형태를 얻을 수 있을 것이다.C_D~ = ~ f~ (Re, Fr,M)②원기둥 주위의 압력유동장은 비압축성 및 비회전이므로, 유동함수는 더해질 수 있다.psi~=~psi_D~ +~ psi_uf~ =~ -{Asin theta} over r ~+~ U~r~ sin thetaphi~=~phi_D~ +~ psi_uf ~ =~ -{Acos theta} over r ~ +~ U~r~ cos theta해당하는 속도성분들은 다음과 같이 구해진다.V_r =~ -{ partialphi} over{ partialr}=~ -{Acos theta} over r^2 ~ +~ U~cos thetaV_theta =~- 1over r { partialphi} over{ partialr}=~ -{Asin 위치에 있다. 그래서V_r~ =~0~= -{ Acos theta} over r^2~ +~Ucos theta ~ =~ cos theta left( U - A over r^2 right)V_r ~ = ~ 0 ~~, ~~r ~ = ~ root { A over U} ~ = a일 때V_r ~ = ~ 0 ~이다. 마찬가지로V_theta~ =~0~= -{ Asin theta} over r^2 ~ -~Usin theta ~ =~- sin theta left( U + A over r^2 right)이므로 θ = 0 ,pi일 때V_theta = 0이다.따라서, 정체점들은 ( r, θ) = ( a , 0 ) , ( a , π) 이다.유동은 비 회전이므로 두 점 사이에 Bernoulli 방정식을 적용할 수 있다.먼 상류의 한 점과 원통표면상의 한 점 사이에 Bernoulli 방정식을 적용하면, 다음과 같다.P ~ =~ 1 over 2 rho ( U^2 - V^2 )이 되고 r = a 인 표면을 따라V^2 ~ = ~ V_theta^2 ~ = ~ left ( - A over a^2 - U right ) ^2 sin^2 theta ~ = ~ 4U^2sin^2 theta이 된다. 또A ~ = ~ Ua^2이므로, 대입하면 다음과 같다.P ~ = ~ 1 over 2 rho left (U^2 - 4U^2 sin^2 theta right)~ =~ 1 over 2 rho U^2 left( 1 - 4sin^2 theta right)또는P over{ 1 over 2 rho U^2}~ =~ 1 - 4sin^2 theta이다.③압력계수공기역학이나 다른 모형실험에서는 압력에 관한 자료를 무차원형으로 표현하는 것이 편리하다. 힘의 비는E_u (C_p ) ~ = ~ P over { 1over2 rho U^2}로 형성되는데 여기서 P는 국부압력에서 자유흐름(freestream)압력을 뺀 것이며, ρ와 V는 자유흐름유동의 성질들이다. 이 비는 일찍이 유체역학에 관하여 해석적인 연구를 많이 한 스위스 수학자인 L,마찰이 유속에 정비례한다는 법칙이 적용될 수 잇다. 또 다른 형태의 유동은 상대적으로 고속의 영역에서 발생하며 유체입자가 매우 불규칙한 운동을하는 유동이다. 이 두가지 형태를 층류(laminar flow) 난류(turbulent flow)라고 한다.* 피토관(Pitot tube)- 피토관의 원리 -유동장내의 압력차이를 이용해서 속도측정을 위해서 사용되는 것으로 통장 정압관과 함께 사용되며 이를 피토-정압관(Pitot-static tube)라 부른다.피토관과 정압관에 의해 흐름의 정체압P_s과 정압P_0의 차를 측정하면 유속은 다음과 같이 계산될 수 있다.V_0~=left[{left(~2g~ left(P_s - P_0right~)} over gamma} right]^{1 over 2}* 송풍기CDOT송풍기의 종류1) 축류송풍기 - 회전차가 회전함으로써 발생하는 날개의 바람에 의하여 에너 지를 얻는 것2) 원심송풍기 - 원심력에 의하여 에너지를 얻는 것3) 터보형송풍기 - 축류송풍기+원심송풍기2) 유동해석방법① 적분해석 : 일정영역내 유동에 대한 거시적 해석② 미분해석 : 유동장내 각점의 유동에 대한 미시적해석③ 차원해석 및 실험(experiment)※ 적분 및 미분해석의 바탕이 되는 법칙 및 조건＊ 법칙① 질량보존법칙② 운동량법칙 : Newton의 운동 제2법칙③ 에너지보존법칙 : 열역학 제1법칙＊ 조건① 상태식 (예) 완전기체 상태식② 경계조건 및 초기조건*유선, 유맥선, 유적선 및 시간선※ 유동가시화를 위한 선의 종류① 유선(stramline) : 특정한 시각에 선상의 모든 점을 지나는 유체 입자의 속도방향과 접선방향이 일치되도록 잡은 선② 유맥선(streakline) : 유동장내 특정한 지점을 일정한 시간동안 지나간 유체입자들의 특정한 시각에서의 위치를 순서에따라 이은 선(예) 관을 통해 나오는 물감을 주위 유체와 같이 흘려보낼 때 관찰되는 선③ 유적선(pathline) : 특정한 유체입자가 일정한 시간동안 움직인 자취를 나타낸 선④ 시간선(timelin

공학/기술| 2002.10.30| 11페이지| 1,000원| 조회(546)

유동, 실험, 기계, 유체, 외부유동

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[유체실험] 외부유동결과실험 평가A좋아요

9535071 이경택1.실험목적외부유동실험에서는 유체중에 잠겨있는 물체 둘레에서의 유동양식(익형 또는 평판 등을 지나는 유동), 물체에 작용하는 양력 그리고 항력(운동에 대한 저항)과 그리고 아마 유체가 물체의 둘레를 지날 때 그 속에서의 점성작용의 양식을 알아보고자 한다. 예를 들어 비행기 자동차등이 움직일 때, 공기로부터 받는 저항이나 정적 지지물이 받는 저항, 건물이나, 다리등은 공기로부터 직접적인 저항을 받게 된다. 이와 같이 움직이는 공기속에 놓인 물체에 작용하는 힘과 여러 가지 현상을 정확히 측정하기 위한 장치가 풍동이다. 이실험은 반드시 상사법칙의 적용을 그 전제로 해야한다.외부유동의 경우에 있어서는 에너지 또는 일이 물체가 유체 속을 유동하는제 전형적으로 사용된다.유체의 운동을 나타내는 운동방정식은 매우 복잡하기 때문에, 한정된 경우외에는 해석적인 해를 구하기 힘들다. 자동차나 항공기가 공기 중을 운동할 때 그 주위의 유동정보를 해석적으로 상세히 구할 수가 없다. 이때 실험적인 방법으로 물체 주위의 유동정보를 구하고자 할 때 풍동실험을 수행한다. 이번 실험에서는 풍동의 원리와 개념, 그리고 피토 튜브의 사용법을 익히고 그것으로 직각 덕트 내의 속도 벡터를 구할 수 있다. 다시말해 본 실험에서는 아음속 풍동(음속보다 낮은 저속의 유동을 실험)을 이용하여, 풍동내부의 유동의 특성 및 물체 주위의 압력분포 등을 측정하여 풍동실험에 관한 기본적인 사항들을 익히고자 한다. 이번 풍동실험은 풍동실험기로 실험하는 데 있어 원관의 단면변화나 원관의 길이 변화에 따른 출구에서의 속도분포를 찾는 데 있다. 즉, 원통주의의 압력과 속도분포를 구하고, 항력을 추에 의한 측정,원기둥의 각도 변환에 따른 항력측정, 후류에서 속도분포에 의한 측정을 각각 비교 검토한다.2. 이론 및 해석1)풍동과 항력계수그림 1.1 원주 주위의 유동의 개략도그림 1.2 원기둥 주위의 유동그림 1.3 덕트내 원기둥을 지나는 유동의 운동방정식 적용위의 그림에서는 여러 가지 풍동을 보여 주고 있수직으로 작용하는 양력(lift)과 유동 방향과 평행하게 작용하는 항력(drag)를 받게 된다 항력은 보통 주위의 경계층에서 일어나는 유체의 점성 마찰에 의한 마찰항력(frictional drag)과 물체 주의에서의 압력항력(pressure drag)으로 나누어서 생각한다. 유동과 평행으로 놓인 평판에 가해지는 항력은 주로 전자에 의한 것이고, 유동에 수직으로 놓인 평판이나 원통 또는 구와 같이 유선형이 아닌 물체에 가해지는 항력은 주로 후자에 의한 것이다. 한편 양력은 순전히 물체의 상하부에서의 유동의 비대칭에 의하여 생기는 압력차에 의해서 발생한다.또 무한 원통 주위에서의 압력 분포를 주류(free stream)의 속도압력(동압)D= C_D {ρV^2 A} over 2와 같이 나타낼 수 있다. 여기서 ρ, V, A는 각각 유체의 밀도, 주류의 속도, 그리고 주류에 수직한 면에 투영된 물체의 단면적을 표시한다. 그리고 CD는 항력계수(drag coefficient)라 불리며 Reynolds 수와 Mach 수의 함수로 알려져 있다. 그러나 Mach수가 0.3보다 작은 경우에 CD는 Reynolds수만의 함수가 된다. 다음 그림은 Reynolds수의 변화에 따른 항력계수의 변화를 표시한다.①항력 및 원통의 항력계수항력은 운동방향에 평행하게 물체에 작용하는 힘의 성분이다. 유체역학에서 실험적 결과에 대한 필요를 검토하기 위해 점성, 비압축성 유체를 통해 속도V로 움직이는 지름 d인 매끄러운 구에 대한 항력D를 구하는 문제를 생각하자.유체밀도와 점성은 각각 ρ와 μ이다. 다음과 같은 함수형태로 나타낼 수 있다.D~ =~ f_1 (d,V,mu,rho)Buckingham 의 파이정리(Pi theorem)를 적용하면 2개의 무차원 매개변수를 다음과 같은 함수형태로 나타낼 수 있다.D over{ rho V^2 d^2}~=~ f_2 left({ rho Vd} over mu right)d^2은 단면적 (A = pid^2 /4)에 비례하므로 다음과 같이 쓸 수 있다.(1)D opartialr}=~ -{Acos theta} over r^2 ~ +~ U~cos thetaV_theta =~- 1over r { partialphi} over{ partialr}=~ -{Asin theta} over r^2 ~ +~ U~sin theta따라서 속도장은 다음과 같이 표시된다.vecV~ = ~ V_r hat e_r + V_theta hate_theta =left(-{ Acos theta} over r^2 +Ucos theta right ) hate_r + left ( - {Asin theta} over r^2 - Usin theta right ) hat e_theta정체점들은vecV~ = ~ V_r ~ hat e_r + V_theta ~ hate_theta~ =~ 0이 되는 위치에 있다. 그래서V_r~ =~0~= -{ Acos theta} over r^2~ +~Ucos theta ~ =~ cos theta left( U - A over r^2 right)V_r ~ = ~ 0 ~~, ~~r ~ = ~ root { A over U} ~ = a일 때V_r ~ = ~ 0 ~이다. 마찬가지로V_theta~ =~0~= -{ Asin theta} over r^2 ~ -~Usin theta ~ =~- sin theta left( U + A over r^2 right)이므로 θ = 0 ,pi일 때V_theta = 0이다.따라서, 정체점들은 ( r, θ) = ( a , 0 ) , ( a , π) 이다.유동은 비 회전이므로 두 점 사이에 Bernoulli 방정식을 적용할 수 있다.먼 상류의 한 점과 원통표면상의 한 점 사이에 Bernoulli 방정식을 적용하면, 다음과 같다.P ~ =~ 1 over 2 rho ( U^2 - V^2 )이 되고 r = a 인 표면을 따라V^2 ~ = ~ V_theta^2 ~ = ~ left ( - A over a^2 - U right ) ^2 sin^2 theta ~ = ~ 4U^2sin^2 theta이 된다. 또A ~ = ~ Ua^2서 발생하며 유체입자가 매우 불규칙한 운동을하는 유동이다. 이 두가지 형태를 층류(laminar flow) 난류(turbulent flow)라고 한다.* 피토관(Pitot tube)- 피토관의 원리 -유동장내의 압력차이를 이용해서 속도측정을 위해서 사용되는 것으로 통장 정압관과 함께 사용되며 이를 피토-정압관(Pitot-static tube)라 부른다.피토관과 정압관에 의해 흐름의 정체압P_s과 정압P_0의 차를 측정하면 유속은 다음과 같이 계산될 수 있다.V_0~=left[{left(~2g~ left(P_s - P_0right~)} over gamma} right]^{1 over 2}* 송풍기CDOT송풍기의 종류1) 축류송풍기 - 회전차가 회전함으로써 발생하는 날개의 바람에 의하여 에너 지를 얻는 것2) 원심송풍기 - 원심력에 의하여 에너지를 얻는 것3) 터보형송풍기 - 축류송풍기+원심송풍기2) 유동해석방법① 적분해석 : 일정영역내 유동에 대한 거시적 해석② 미분해석 : 유동장내 각점의 유동에 대한 미시적해석③ 차원해석 및 실험(experiment)※ 적분 및 미분해석의 바탕이 되는 법칙 및 조건＊ 법칙① 질량보존법칙② 운동량법칙 : Newton의 운동 제2법칙③ 에너지보존법칙 : 열역학 제1법칙＊ 조건① 상태식 (예) 완전기체 상태식② 경계조건 및 초기조건*유선, 유맥선, 유적선 및 시간선※ 유동가시화를 위한 선의 종류① 유선(stramline) : 특정한 시각에 선상의 모든 점을 지나는 유체 입자의 속도방향과 접선방향이 일치되도록 잡은 선② 유맥선(streakline) : 유동장내 특정한 지점을 일정한 시간동안 지나간 유체입자들의 특정한 시각에서의 위치를 순서에따라 이은 선(예) 관을 통해 나오는 물감을 주위 유체와 같이 흘려보낼 때 관찰되는 선③ 유적선(pathline) : 특정한 유체입자가 일정한 시간동안 움직인 자취를 나타낸 선④ 시간선(timeline) : 특정한 시각에 인접한 유체입자들을 이은 선3) 유동의 분류A)일반유동의 분류① 점성의 무시가 외부유동(external flow)물체 주위의 유동으로 벽 근처 유동에서만 점성이 중요하고 벽에서 떨어진 유동은 비점성유동으로 가정될 수 있다. (예) 항공기 주위의 유동 등 - 개수로유동(open channel flow)경계면이 고체 면과 자유표면으로 구성되는 유동으로 중력의 영향이 중요하다. (예) 강(江), 수로(水路) 등- 분류( jet flow)모든 경계면이 자유표면으로 이루어진 유동이다. (예) 분수(噴水) 등4) 원통 주위의 유체 흐름일반적으로 유동이 비대칭이거나, 물체의 축이 유동의 방향과 일치하지 않는 물체 둘레에 일어날 때에는 유동장은 비대칭이 될 것이고, 물체의 양측에서의 국소 속도들과 압력들은 상이할 것이며, 근접유동에 수직방향인 힘이 나타날 것이다. 이것과 아울러 물체의 표면에 둘러싸여 있는 경 계층에서의 마찰응력의 작용이 근접유동의 방향에 연하는 힘을 생기게 할 것이다.압력계수C_p = P over {1 over 2 rhoU^2 }, 표면마찰계수C_f = tau over { 1 over 2 rhoU^2 }항력계수C_D = D over {1 over 2 rhoU^2 d }양력계수C_L = L over { 1 over 2 rhoU^2 d }Pitching moment계수C_M = M over { 1 over 2 rhoU^2 d^2 }3. 실험 장치우리 유체 실험실에서 보유하고 있는 실험 장치는 다음 그림과 같다.그림 3.1 풍동실험장치 그림 3.2 실험장치 정면도그림 3. 풍동 장치의 개략도4. 결 과·추에의한 항력측정에 대한 실험결과·원기둥 들레의 압력분포에 대한 실험결과·후류에서의 속도분포에 관한 실험결과◎추에 의한 항력측정에 대한 실험결과① force =F_D = 6 over 7.5 mg,g=9.81m/s^{2}②p(동압)=0.5 rho U^2ρ=1.23kg/m^3표준대기에서)=0.5 times 1.23 times U^2(kg/m^2 Cdot s)추의 무게(g)항력(kg cdotm/s^2)U(m/s)동압(p :kg/m^2 Cdot 86

공학/기술| 2002.10.30| 15페이지| 1,000원| 조회(745)

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[유체실험] 오리피스예비실험

오리피스 실험(예비)9535071 이경택1. 실험목적형상이 다른 8개의 동일 직경의 오리피스가 같은 압력을 받아도 각 오리피스 마다 분류의 높이도 다름을 볼 수 있다. 부차적 손실의 개념을 파악하고, 유량계수를 산출하는데 있다.2. 관계이론오리피스는 유압 배관 또는 기기에서 기름이 흘러가는 통로가 단면에 비하여, 좁혀진 부분이나 그 반대로 유체를흐르게 해서 유량제어 또는 차압(감압)시키는데 사용된다. 기름이 오리피스를 통하여 흐르기 위해서는 오리피스 사이에 압력차 또는 압력강하가 있어야 한다. 역으로 만약 흐름이 없다면, 오리피스를 사이에 두고 압력차가 없다. 결국 이 압력차의 크기에 따라 오리피스를 통하는 기름의 양이 커지거나 작아지게 되는 것이다.오리피스를 통과하는 유동의 특성은 체적이나 밀도의 변화가 없는 1차원, 정상, 비점성 및 등온 상태로 가정하여다음과 같은 오리피스 유량식을 얻을 수 있다.여기에서,= 오리피스를 통과하는 유량,= 오리피스 유량 계수,= 오리피스 유동 면적,= 오리피 스 전후의 압력강하(식1)을 통하여 오리피스를 통과하는 유량을 구할 수 있는 데값은 오리피스의 형상, 유동조건(층류, 난류) 등 을 고려한 특정한 계수라 할 수 있다. 결국 실험적인 데이터를 근거로 나온 값이라 할 수 있다. 실험적인 데이터의 상관관계는 레이놀즈 수를 기준으로 한다. 예를 들어, 오리피스의 형상이 칼날 모양의 오리피스(sharp edged orifice)이고 레이놀즈 수가 4000이상일 때 대략 0.6 이 된다.(식1)은 기름의 점성효과를 무시하여(비점성으로 가정) 얻은 관계식이기 때문에 점성력이 관성력보다 더 크게되는 낮은 레이놀즈 수의 영역에서는 (식1) 을 적용할 수 없다. 낮은 레이놀즈 수의 영역에서 유량계수에 대한적절한 실험식은 실험적인 경험에 의해 구할 수 있는데 다음과 같다. 다음 관계식은 레이놀즈수가 100 미만인 경우의 유량계수 관계식이다.여기에서,는 오리피스의 기하학적 형상의 함수로서 층류유량계수 라고 한다.= 레이놀즈 수(식1)에 (식2)를 대입하고 레이놀즈 수를 수력직경와 점도로 치환(레이놀즈 수의 정의에 근거)하여 정리 하면 다음과 같은 층류 오리피스 유량식을 얻을 수 있다.레이놀즈 수는 유동상태에 의해 결정되는 값이고, 유량계수는 레이놀즈 수에 의해 결정되는 값이므로 오리피스의 유량을 구할 때에는 반복계산과정을 통해 구한다. 이런 반복계산과정을 피하기위해 오리피스 계산도표를 이용하여 유량계수를 구한다.유량의 측정방법에는 크게 pito관 및 특수관에 의한 방법과 교축 기구에 의한 방법 그리고 웨어에 의한 방법이 있다. 우리가 실험할 것은 이 가운데서 교축 기구에 의한 방법이며 특히 수조 오리피스 방법이다. 유체가 흐르는 관로중에 오리피스 노즐 벤튜리관등의 교축 기구를 설치하여 그 전후의 압력차를 이용하는 방법은 오늘날 유량 공업계측 맡 그 밖의 자동제어에 널리 이용되고 있다.정수 압력 ( hydrostatic pressure ){ h}_{1 }에 의한 속도수두는h_2{ } ={ }{v_2}^2 over 2g 이므로{ } V_2{ } ={ } ROOT{2gh_1}오리피스를 통과할때의 손실로 인하여 실제속도는v_{2r}{ }={ }C_v root{2gh_1}이다. 여기서 Cv를 유량계수라 한다.축류부에서 실제유량,Q ~=~ a·V_ac ~=~ C_c ·A·C_v ·V_th= C_c ·C_v ·A·sqrt {2g·H} ~=~ C_D ·A·sqrt {2g·H} ~=~ C_D ·Q_thC_D ~=~ {축류부~분류에서~실제유량} over {분류의~이론유량} ~=~ Q over Q_th ~=~ C_c ·C_vC_v{ } ×{ }root{2gh_1}{ }={ }root{2gh_2}∴{ } C_v{ }={ }root{2gh_2} over root{2gh_1}{ }={ }root{h_1 over h_2}일정한 수두하 유동에서매스실린더로 측정된 유량Q ~=~ C_D ·A·sqrt {2gH}Q^2과 H를 그래프화 → 기울기로부터C_D를 산출변동 수두하 유동에서면적이 A인 오리피스가 있는 단면적A_T인 수조에서 물유출시 용기수면이 시 간 dt동안 dh만큼 하강시 (연속방정식)A_T dh ~=~ C_D ·A·sqrt {2g·h} ~dtdt ~=~ - A_T over {C_D ·A·sqrt {2gh}} dhT ~=~ - A_T over {C_D ·A·sqrt {2g}} ·int from h_1 to h_2 dh over sqrt h ~=~ 2·A_T over {C_D ·A·sqrt {2g}} ·( sqrt h_1 ~-~ sqrt h_2 )T와sqrt {h_2}그래프의 기울기로부터C_D값을 산출(속도계수의 측정)물 jet 분출시 공기역학적 항력을 무시한다면,y~=~ v_0 ·sin theta_0 ·t ~+~ 1 over 2 g~ t^2물 jet의theta_0 = 0이므로,y ~=~ 1 over 2 g t^2물이 거리 y에 도달하는 시간,t ~=~ sqrt {2y over g}물이 거리 x를 Vena Contracta의 일정한 속도V_ac로 이동 하는데 걸리는 시간t ~=~ x over V_acsqrt { 2y over g } ~=~ x over V_ac ~=~ x over {C_v ·sqrt {2g·H}}C_v ~=~ x over {2·sqrt {Hg}} , ~~~ x^2 over H ~=~ 4·{C_v}^2 ·y유량의 측정유량계의 선택은 요구되는 정확도 ,측정범위 ,가격 ,정교성 ,측정 또는 자료처리의 편의성, 그리고 장치의 수명에 의하여 영향을 받는다. 요구되는 정확도를 갖추면서도 취급하기가 쉽고 ,값싼 장치가 선택되어야 할 것이다. 압축성 효과는 가스유동의 체적을 측정하는데 반드시 고려되어야 한다. 가스의 밀도는 일반적으로 너무 작기 때문에 질량유량을 직접 측정할 때의 정확성에 영향을 미치지 않는다. 그러나 체적샘플은 흔히 물 위에 종모양의 "용기" 또는 거꾸로 세운 병을 설치하여 모을 수 있다. 만약, 체적 또는 질량측정이 세심하게 설정되면 어떠한 보정도 필요없다. 이것이 직접적인 방법의 큰 장점이다.오리피스 판오리피스 판은 파이프 플랜지 사이에 고정시키는 얇은 판이다. 기하학적 형상이 간단하기 때문에 설치 또는 교체하기 쉽고 가격이 싸다. 오리피스의 날카로운 끝부분이 스케일이나 부유물에 의해 막히지 않을 것이다. 그러나 부유물질은 수평파이프 내의 동심 오리피스의 입구쪽에 침착하여 쌓여질 수 있다. 편심 오리피스는 이런 문제점들을 피하기 위하여 파이프 밑과 일치하도록 설치할 수 있다. 오리피스를 사용할 때 가장 큰 단점은 측정한계와 유량계의 측정부위로부터 하류쪽의 조정 불가능한 확대로 인하여 발생하는 높은 수두손실이다.오리피스로부터의 실제유량 Q는 다음과 같다.Q = aVac = CcACvVth = CcCv A(2gH)1/2= CQth C=CcCv여기서 C는 유량계수이며 일반적으로 상온의 물의 경우 이 값은 다음 식으로 주어진다.C = 0.592+0.00069(1/(d(H)1/2))3/4위의 식은 0.2

공학/기술| 2002.10.30| 6페이지| 1,000원| 조회(950)

실험, 기계, 유체, 오리피스

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