관 마찰계수 결과레포트

소개글

생명공학실험

목차

1. 실험목적
2. 이론
3. 실험방법
4. 실험결과
5. 토의
6. 참고문헌

본문내용

1. 실험목적
유체가 관내를 흐를 대 유체 점성에 의한 관 마찰로 인하여 에너지손실이 발생한다. 본 실험에서는 직선 원 관내에서의 마찰손실을 측정해보고 관 마찰에 의한 에너지 손실을 정확하게 이해하는데 목적이 있다.

2. 이론
Fig. 1.과 같이 비압축성 유체가 관내를 흐를 때에는 다음과 같은 베르누이 방정식이 성립한다.
(1)

여기서 hL은 마찰손실수두(friction loss head) 또는 수두손실(loss head)라 하며, 단위중량의 유체가 1에서 2까지 가는 사이에 잃어버린 역학적 에너지의 양이다.

한편 관의 단면이 일정하고, 관이 수평으로 놓여 있을 때는 식 (1)로부터

(2)

가 얻어진다.
Darcy는 길고 곧은 원관 내의 물의 유동에 관한 실험을 통하여 수두손실 hL이 속도수두 υ2/2g와 관의 길리 ℓ에 비례하고 관의 직경 d에는 반비례함을 확인하여 다음 식을 제시하였다.

(3)

여기서 비례상수 f는 마찰계수라 부른다.
그러나 그 후 많은 사람들의 실험은 마찰계수 f가 일정하지 않고 관의 상태나 유속에 다라 조금씩 변화함을 보여주고 있다. 따라서 식(3)는 하나의 법칙이라기보다는 마찰계수 f를 정의하기 위한 정의식이라고 보는 것이 정확할 것이다. 차원 해석법을 사용하면 마찰계수 f가 레이놀즈수 R과 관의 상대조도 ℯ/d (ℯ는 관의 조도돌기의 평균높이)의 함수가 됨을 알 수 있다. Fig.2. 는 상용관의 관 마찰계수를 보여주는 Moody 선도이다

그림에서 알 수 있는 바와 같이 레이놀즈 수가 작아져서 충류유동이 되면 마찰계수는 상대조도와는 무관하게 되어 레이놀즈수만의 함수가 되며 레이놀즈수가 대단히 커져서 완전한 난류유동이 되면 마찰계수는 레이놀즈수와는 무관하게 되고 상대조도만의 함수가 된다.
따라서, Moody 선도를 보면,

참고 자료

이화영, 전해수, 조영일 공역 , “단위조작” , 한국맥그로힐(주) , 2001
김경호 외 3명 , “ENGINEERING FLUID MECHANICS 7th EDITION” , 싸이텍 미디어