해피레포트 - [공학실험] 관로마찰 실험

카테고리 : 레포트 > 공학,기술계열 파일이름 :관로마찰 실험레포트 완료.hwp 문서분량 : 12 page 등록인 : heojungmoo 문서뷰어 : 한글뷰어프로그램 등록/수정일 : 10.09.18 / 10.09.18 구매평가 : 다운로드수 : 8 판매가격 : 900 원

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보고서설명
1. 서론 관로(管路)는 물, 가스 등의 유체가 단면을 채우고 흐르는 관을 말하며, 도시의 가스관 기름을 공급해주는 송유관 등이 바로 이 예이다. 하지만 실제로 사용되는 가스관, 송유관 등을 볼 때 그 관로는 수많은 엘보우와 이음들에 의한 부 손실이 생길 뿐 아니라, 관로사이에서의 마찰에 의한 주 손실이 생기게 된다. 실생활에서 이러한 손실을 계산하는 것은 매우 중요하다. 예를 들어, 송유관으로 석유를 공급할 때, 관로에서 생기는 손실을 정확히 계산하지 못한다면, 서로의 이해관계에 문제가 생기기 때문이다. 이 밖에도 관로의 마찰을 정확히 계산하지 않으면 많은 문제가 생기게 된다. 이러한 이유로 우리는 이번에 관로에서 생기는 부 손실, 주 손실에 대해 실험해 보기로 한다. 2. 이론 A. 에너지 방정식으로 손실항 계산 () 가정 : (1) (2) (3) 정상유동 (4) 비압축성 유동 (5) 입구과 출구에서의 내부에너지와 압력은 모두 균일하다. 이러한 가정 하에 에너지 방정식은 다음과 같이 단순화 되었다. 점성유동에서 단면에서의 속도가 균일할 수 없기 때문에, 입구와 출구에서의 속도가 균일하다고 가정하지 않았음에 유의하라.

본문일부/목차
A. 주 손실 : 마찰계수 (1) 식에서 총 수두손실을 계산할 수 있다. 단면적이 일정한 파이프 내의 완전 발달된 유동에서 이며, 이므로, (1) 식은 다음과 같이 된다. 또한 파이프가 수평이면 이므로, 위식은 다시 으로 쓸 수 있다. 따라서 주 손실은 단면적이 일정한 수평 파이프의 완전히 발달된 유동에 대한 압력 손실로 나타낼 수 있게 된다. 수두 손실은 마찰효과에 의하여 기계적 에너지가 열에너지로 변환되는 에너지를 나타내므로, 단면적이 일정한 덕트 내의 완전 발달된 유동에 대한 수두손실은 단지 덕트를 통과하는 유동의 상세한 특성에 따라서만 결정된다. 수두손실은 파이프 방향과는 무관하다. 실제 난류유동에서는 압력강하를 해석적인 방법으로 구할 수 없기 때문에 실험적 결과에 의존해야 하고, 실험데이터를 서로 연관시키기 위해 차원해석법을 이용한다. 단면적인 일정한 수평 파이프의 마찰에 기인하는, 압력강하는 파이프 직경D, 파이프 길이 L, 파이프 거칠기 e, 평균속도 , 유체밀도 , 그리고 유체 점성계수 에 따라 결정되는 것으로 알려져 있다. 함수 형식으로 나타내면 차원 해석법을 적용하면 다음과 같은 상관 관계식을 얻을 수 있다. 상관 관계식은 이고, 이고 ,이 식은 다음과 같이 나타낼 수 있다. 주손실의 압력강하 식에 대입하면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다. 실험에 의하면 무차원 수두 손실은 에 비례하고, 주손실을 운동에너지에 대해 무차원화 시키면 이다. 미지함수 를 마찰계수 로 정의할 수 있다. 그 결과 은 다음 식 로 나타낼 수 있다. 즉, = 이다. 이 식을 토대로 와 값을 이용하여 Moody 선도로부터 찾은 이론마찰계수 와 실험을 해서 구한 를 이용하여 실험마찰계수 를 구하고, 이들을 서로 비교함으로써 실험오차를 알 수 있을 것이다. C. 부손실 파이프 내의 유동은 여러 종류의 관 부속품, 벤드, 급격한 면적 변화 등을 통과해야 한다. 이로 인해 추가적인 수두손실이 발생하는데, 주로 유동의 박리로 인하여 발생한다(에너지는 박리영역에서의 격렬한 혼합으로 인해 결국 소산된다). 파이프 장치에 일정한 단면적의 긴 길이의 파이프가 포함되어 있다면, 이러한 손실은 주가 되지 못하고 부차적이 된다. 장치에 따라서 부손실은 일반적으로 다음과 같이 계산된다. 손실계수 K는 각각의 경우에 대해 실험적으로 결정되어야 한다. 그리고 비압축성, 정상 에너지 방정식을 적용하여 정리하면 다음과 같은 결과식을 얻게 된다. 첨자 1은 이음의 상류(upstream)이고 2는 하류(downstream) 이다. 두 군데 압력을 측정하고, 위 두 식을 이용하여 계산하면 손실계수 K를 얻을 수 있다. D. 유량계의 토출 계수 관을 통과하는 유량을 간단히 측정하는 방법으로 차압 유량계가 많이 사용된다. 이런 차압 유량계의 종류는 오리피스, 노즐, 벤츄리형이 대표적이다. 이들은 모두 상류와 유체가 통과하는 최소 면적 위치, 즉 목에서의 압력 차이를 측정하여 유량을 구한다는 점에서 같은 기본 원리가 적용이 된다. 유량계를 가장 쉽게 제작할 수 있는 형태는 오리피스 형태이다. 다음은 노즐, 그리고 벤츄리 순으로 제작이 점점 까다롭다고 할 수 있다. 그러나, 오리피스를 통과하면서 발생하는 압력 손실이 너무 크므로 이런 유량계는 압력 강하가 크게 문제가 되지 않는 배관 시스템에만 적용이 가능하다. 적은 에너지를 이용하여 유체를 이송시키는 배관 시스템에 유량계를 설치한다면 세 가지 형태 중에서 가장 압력 강하가 낮으므로 벤츄리 형이 바람직하다. 다음 그림과 같은 수축-확산 도관을 통과하는 비압축성 유체를 고려해 보자. 상류의 관 면적을 , 목 면적을 라고 하자. 가는 비닐 튜브를 이용하여 각 위치에서의 압력을 다관 마노메터의 수두 높이, ,를 기록한다. 관의 길이를 따라서 수두손실이 없다고 가정하면 비회전성 비압축성 정상상태 베르누이 방정식에 의해 다음과 같은 관계식으로 표현이 된다. ................(1) V는 각 단면에서의 평균 속도이다. 또한 연속방정식에 의하면 ...............(2) Q는 유량 혹은 토출량이다. 식 (1)과 (2)를 이용하여 속도를 구하면 ..............(3) Q는 유량 혹은 토출량이다. 식 (2)과 (3)를 이용하여 를 구하면 를 구할 수 있다. 실제로는 마찰에 의해 손실이 있고 단면에서의 속도도 균일하지 않다. 따라서, 실제 유량, 는 위에서 표현한 이론 유량보다 작게 된다. 이론 유량에 대한 실제 유량의 비를 유량 계수 혹은 토출 계수라고 하며 다음과 같이 정의한다. 토출 계수는 유량계의 기하학적 변수, 접근 속도, 레이놀즈수, 압축성 효과에 따라 변화한다. 3. 실험 장치 실험 장치 제원 관 직경 관 내경, 관 1, 2 37.7 관 3 28.0 관 4 16.7 이음 및 유량계 벤추리 37.7 18.85 노즐 28 12 오르피스 16.7 10 축소관 37.7 18.85 급수축관 37.7 18.85 기본적인 실험값 기본 실험값 온도 절대점성계수 밀도 20°C

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