부경대학교 화학공학과 화학공학실험/A+/레이놀즈수측정 결과보고서

목차

1. 실험 제목
2. 실험 목적
3. 실험 이론
4. 실험 방법
5. 실험 결과
6. 실험 고찰
7. 사용 기호
8. 참고문헌

본문내용

1. 실험 제목 : 레이놀즈 수 측정

2. 실험 목적
1) 층류와 난류의 현상을 관찰하고 그 본질을 이해한다.
2) 뉴턴 유체와 비 뉴턴 유체의 레이놀즈 수(Reynolds number, Re)에 대한 개념을 이해하고 실험으로 레이놀즈 수를 계산한다.
3) 완전발달흐름과 전이길이를 이해하고 그 중요성을 안다.
4) 전이영역에서 유체 흐름의 특성을 관찰하고, 임계 유속에서의 레이놀즈 수를 계산한다.

3. 실험 이론
1) 레이놀즈 수
유체 흐름의 관성력과 점성력의 크기 비를 알아보는데 지표가 되는 무차원 수이다. 파이프에서 층류와 난류 영역 사이의 천이를 연구한 영국의 공학자 Reynolds에 의하여 1880년대에 탐구되었던 수이다. 레이놀즈 수는 유동 영역을 결정하는 판정 기준이 될 수 있으며 일반적으로 레이놀즈 수가 큰 유동을 난류, 작은 유동을 층류라고 부른다.
위 식을 아래와 같이 정리하면 레이놀즈 수가 관성력의 점성력에 대한 비를 나타내는 무차원수라는 사실을 확인할 수 있다.

2) 층류와 난류
유체가 파이프와 같은 폐관을 통해 흐르는 경우 유체의 속도와 점도에 따라 층류와 난류가 발생한다. 파이프 내에서의 유동 영역(층류와 난류)은 레이놀즈 수(Re=(ρV ̅D)/μ)에 의해 결정된다.
① 층류(Laminar flow, Re<2100)
유체의 입자가 서로 층을 이루면서 일정하게 흐르는 흐름으로 각 층은 거의 혼합되지 않는다.
유체의 흐름 속도가 난류에 비해 느리고 흐름이 질서정연하다.
관성력에 비해 점성력이 지배하는 흐름이다.
유동의 가시화를 위해 파이프 입구에 염료를 가늘게 주입하여 흐름을 관측하면 유속에 따라 레이놀즈 수가 작을 때 아래와 같이 염료가 파이프를 따라 하나의 가는 선을 이루는 것을 확인할 수 있다.

② 난류(Turbulent flow, Re>4000)
유체의 입자가 각 점에서 속도의 크기와 방향이 변동되는 불규칙한 운동을 하며 흐르는 흐름이다.

참고 자료

Robert W. Fox, Fluid Mechanics 9th, WILEY(2018), 273 (레이놀즈 수의 개념)
Robert W. Fox, Fluid Mechanics 9th, WILEY(2018), 296 (층류, 난류의 개념)
Robert W. Fox, Fluid Mechanics 9th, WILEY(2018), 30-31,33-34 (뉴턴유체, 비뉴턴 유체의 개념)
Wikipedia, “Laminar flow”, https://en.wikipedia.org/wiki/Laminar_flow (21.03.10)
Wikipedia, “Turbulent”, https://en.wikipedia.org/wiki/Turbulence (21.03.10)
Wikipedia, “Laminar-turbulent transition”,
https://en.wikipedia.org/wiki/Laminar%E2%80%93turbulent_transition (21.03.10)
Wikipedia, “Reynolds number”, https://en.wikipedia.org/wiki/Reynolds_number (21.03.10)