Friction factor measurement 결과보고서

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목차

1. 이론적 배경
2. 실험 방법
3. 실험 결과
4. 실험 결과에 대한 분석 및 고찰
5. 결론
6. Reference

본문내용

유체는 느린 유속에서 층류, 빠른 유속에서 난류의 형태로 흐른다. Smooth pipe에서 유체가 흐를 때 층류에서 난류로 형태가 바뀌기 시작하는 임계속도는 pipe의 지름, 액체의 점도, 밀도, 및 평균 유속 등에 의해 좌우되며, 이러한 변수들을 조합하면 Reynolds number(Re)라는 dimensionless group을 얻을 수 있다. Re가 2100 이하일 때는 층류, 4000이상일 때는 난류가 관찰되며, 이 사이구간은 전이영역으로 입구의 상태와 입구로부터의 거리에 따라 flow가 층류가 되기도 하고 난류가 되기도 한다. Smooth pipe를 흐르는 Newtonian fluid에서 friction factor는 오직 Reynolds number만의 함수이다. friction factor와 Reynolds number을 log scale로 plot하면, 층류 영역에서는 기울기가 -1, 난류 영역에서는 f과 Re의 관계가 잘 맞지 않아 흐름이 매우 복잡한 양상으로 나타난다. 층류에서의 Re, f 관계로부터 Hagen-Poiseuille equation을, 난류에서의 Re, f 관계로부터 Blasius equation, von Karman-Nikuradse equation이 도출되었다.
실제로 유체가 흐르는 상황에서 Fully developed 영역이 아닌 경우에는 Entrance length, exit length를 고려해야 한다. 또한 smooth pipe가 아닌 commercial pipe인 경우에는 관 안쪽이 매끄럽지 않기 때문에 roughness k를 고려해야 한다. 층류일때는 friction factor가 roughness k/D에 상관없이 일정하게 나오지만 난류에서는 roughness의 영향이 나타난다. 이를 고려한 실험식으로 Colebrook foumula가 있다.

참고 자료

고려대학교 화공생명공학과, 화공생명공학실험Ⅰ 매뉴얼
Morton M.Denn, Process fluid mechanics
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2287458&cid=60227&categoryId=60227
https://blog.naver.com/jiny202040/70171283701
https://www.enggcyclopedia.com/2011/09/absolute-roughness/