도관에서의 유체의 마찰손실 측정

소개글

본 실험에서는 유체가 관을 통하여 흐를 때에 관의 형태나 단면적이 다를 때에 발생하는 압력의 차이와 베르누이 원리를 이해하여 마찰계수()와 마찰손실()를 알아보고자 하였다. 실험하고자 하는 관의 밸브를 열어 유체를 흘려 마노미터에 나타나는 높이를 읽어 주었고 일정 시간(10초)당 나오는 유체를 받아 부피를 측정하여 유량을 확인 하였다. 실험을 통해서 유체가 도관에 흐를 때에 관의 형태나 단면적의 변화로 인해 저항을 받아 마찰 손실변화를 확인 할 수 있었다.

목차

요약
1.실험목적
2.이론
3.실험장치 및 방법
4.결과 및 고찰
5.결론
기호
참고문헌

본문내용

1. 실험목적
유체가 관을 통하여 흐를 때의 관의 길이와 표면 거칠기 다를 때 발생하는 압력의 차이와 마찰손실을 측정하고 베르누이 원리를 이해하고자 하였다.

2. 이론
2.1 베르누이 원리

유체역학의 기본법칙 중 하나로, 1738년 D.베르누이가 발표하였다. 베르누이의 정리는 굵기가 다른 유리관 속에서 물의 수면 높이를 관찰했을 때, 굵은 쪽 유리관에 연결된 물기둥은 그 높이가 낮아지고, 가는 쪽 유리관에 연결된 물기둥은 높이가 높아지는 현상을 관찰할 수 있다. 유체는 좁은 통로를 흐를 때 속력이 증가하고 넓은 통로를 흐를 때 속력이 감소한다. 유체의 속력이 증가하면 압력이 낮아지고, 반대로 감소하면 압력이 높아지는데, 이것을 베르누이의 정리라고 한다. 압력이 커지면 대기압이 물기둥을 더 세게 누르므로 물기둥의 높이가 낮아지고, 압력이 낮아지면 대기압이 물기둥을 약하게 누르므로 물기둥의 높이는 높아진다. 따라서 유속이 빠를 수 록 압력이 낮고, 유속이 느릴 수 록 압력이 높아지므로 압력을 측정하면 유속을 알 수 있다. 이 정리는 유체의 위치에너지와 운동에너지의 합이 항상 일정하다는 내용을 포함 하고 있다. 그러나 이 법칙은 점성을 무시할 수 있는 완전유체(점성과 압축성이 전혀 없는 가상적 유체)가 규칙적으로 흐르는 경우에만 적용할 수 있고, 실제 유체에 대해서는 적당히 변형된다. 일반적으로 차압식유량계라고 하는 유량측정장치는 이 원리를 이용한 것이다[1].
2.2 베르누이 방정식(Bernoulli equation)
2.2.1 퍼텐셜흐름의 에너지수지: 마찰이 없는 Bernoulli 식
유속이 일정한 한 방향 퍼텐셜흐름에서 유속의 크기는 유관의 압력 강하에 영향을 미치지 않는다. 결국 유속이 일정한 정상상태 퍼텐셜흐름에서 압력 강하가 0이다.
2.2.2 Bernoulli 식의 수정: 마찰의 영향
마찰이 있으면 기계적 에너지가 손실된다. 식 (1),(2)에서와는 달리 마찰 흐름에서는 유선에서 다음 양이 일정하지 않고 흐름 방향에 따라 감소하기 시작한다.

참고 자료

[1] 네이버 백과사전 http://100.naver.com/100.nhn?docid=74323
[2] Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriott, 이화영, 전해수, 조영일, 단위조 작 6판, 한국맥그로힐, 2005, P78~ 82, P91~121.
[3]서정목 박균영 이철호 강태원 김동선 김진현 최재환, 화학공학실험, 공주대학교 출판부, 2005, P61~63.