단일구의 침강속도 예비레포트

목차

1. 실험 목적

2. 바탕 이론
(1) 유체 (Fluid)
(2) 침강 (Sedimentation)
(3) 유체 내 침강 입자에 작용하는 힘
(4) 종말 속도
(5) 레이놀즈 수
(6) 스토크의 법칙 (Stokes’s law)
(7) 유동 상사성 (Flow Similarity)

3. 기구 및 시약
(1) 실험 기구
(2) 실험 시약

4. 실험 방법

본문내용

1. 실험 목적

- 중력 하에서 정지 유체에 구를 침강시킬 때 발생하는 현상에 대해 이해한다.
- 항력계수(C_D, Drag coefficient)와 레이놀즈 수의 관계를 알아본다.

2. 바탕 이론

(1) 유체 (Fluid)

유체란 전단의 존재 하에서 연속적으로 변형될 수 있으며 유동성이 있고 형상이 정해져 있지 않은 물질이다. 흔히 액체와 기체를 통틀어 유체라고 칭한다. 유체는 크게 점성과 압축성이라는 2가지의 기준을 가지고 분류할 수 있다.

ⅰ) 점성

① 뉴턴성 유체 (Newtonian fluid)

뉴턴성 유체란 전단 응력과 전단 변형률 사이의 관계가 선형적인 유체를 말한다. 전단 변형률이란 전단력에 수직인 방향으로의 속도 기울기이며, 이 선형적 관계에서 비례 상수로 사용되는 것이 점성 계수이다. 따라서 뉴턴성 유체의 점도는 외력이 가해지는 정도와 관계없이 변하지 않고 일정한 값을 갖는다.

② 비뉴턴성 유체 (Non-Newtonian fluid)

비뉴턴성 유체는 뉴턴성 유체와는 다르게 뉴턴의 점성 법칙을 따르지 않는 유체로, 외력의 크기에 따른 일정한 점도를 갖지 않는 유체이다. 따라서 비뉴턴성 유체는 외력이 가해지는 정도에 따라 더욱 액체상 또는 고체상으로 변한다.
ⅱ) 압축성

① 압축성 유체 (Compressible fluid)

압축성 유체란 유체에 압력을 가하거나 유체가 초음속이 될 때 체적이 감소하거나 밀도가 변하는 유체를 말하며, 일반적으로 기체가 압축성 유체에 해당된다.

② 비압축성 유체 (Incompressible fluid)

비압축성 유체란 유체에 가해지는 압력이나 유속의 변화에도 체적이 변하지 않는 유체로, 밀도의 변화를 무시할 수 있어 밀도값이 상수로 일정한 유체를 말한다. 일반적으로 액체가 비압축성 유체에 해당된다.

참고 자료

2020 1학기 단위조작이론및실험1 실험노트
James O. Wilkes, “Fluid Mechanics for Chemical Engineers”, 한산, 128-134, 510-512p (2008)
Yunus A. cengel, “Fluid Mechanics”, McgrawHill Korea, 143-149, 260-261p (2005)
송승화 외 6인, “침강하는 물체의 종말 속도 측정을 통한 항력계수 평가”, Journal of the Institute of Industrial Technology“, vol.14, 43-49p (2006)