기계공학응용실험 관로 마찰 실험 예비

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기계공학응용실험 예비보고서

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본문내용

1) 예비보고서 : 파이프 유동(Pipe Flow)을 복습하고 요약하여 제출하되 다음의 내용이 포함 되도록 하시오.
파이프나 덕트 내부를 흐르는 액체나 기체는 냉난방 및 유량 분배 계통에서 널리 사용되고 있다. 이때 유동은 팬이나 펌프에 의하여 발생하므로 유체가 파이프나 덕트 내부를 흐를때는 마찰에 의해 압력강하 또는 수두 손실이 발생한다는 사실을 알아야 한다. 이때 나타나는 압력 강하로부터 소요 펌프 동력을 계산할 수 있으며 일반적인 파이프 시스템은 여러 구경의 파이프와 접합부 엘보우 밸브 그리고 유체의 압력을 높이기 위한 펌프 등으로 구성된다.
① 입구 영역과 완전 발달 영역의 차이

균일한 속도로 원형 파이프 내로 유입되는 유동을 고려해 보면 접착 조건에 의해 파이프 표면과 접촉하는 층에서의 유체입자의 속도는 영임을 알 수 있다. 또한 인접한 층은 마찰에 의해 속도가 점점 느려지게 되는데 파이프 중심부에서의 유동속도는 느려진 벽면 부근의 속도와 다르게 ?리 흐르게 되고 이에 따라 반경방향으로 속도 구배가 생기게 된다. 그림과 같이 유체의 점성에 의해 생긴 유동영역을 속도 경게층(velocity boundary layer) 라고 하며 따라서 파이프 내부의 유동은 점성력에 의해 속도 변화가 현저한 경계층 영역과 입구 부분에서 마찰력이 미미하여 속도가 반경방향으로 일정한 비회전 유동영역의 두 개의 영역으로 구분된다. 파이브 입구부터 경계층이 파이프 중심까지 만나는 곳까지의 영역을 수력학적 입구 영역이라 부르고 이 입구 영역에서는 속도분포가 계속 발달하므로 이 영역을 수력학적으로 발달하는 유동이라 부른다. 입구 영역 이외의 속도 분포가 완전 발달하여 변하지 않는 영역을 수력학적 완전 발달 영역이라 부르며 속도뿐만 아니라 정규화된 온도분포도 변하지 않을 때, 유동을 완전발달 했다고 부른다. 완전 발달 유동은 층류인 경우 포물선 형태를 띄게 되며 난류의 경우에는 반경 방향으로의 에디운동과 격렬한 혼합으로 속도분포가 다소 평평해진다. 또한 완전발달시에는 시간평균된 속도분포는 변하지 않게 된다. 이때의 입고 길이는 파이프 입구로부터 벽면 전단응력 값의 2% 이내에 해당하는 곳까지의 길이로 정의되며 층류유동의 경우 수력학적 입구의 길이는 다음과 같다 이며 Re 가 20인 경우 수력학적 입구길이는 대략 직경과 같고 속도에 따라선형적으로 증가한다. 반대로 난류 유동인 경우네는 임의적 요동에 의한 격력한 혼합이 분자확산보다 크게 되며 이때의 입구 길이는 와 같이 나타 낼수 있다.

참고 자료

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