[유체역학실험] 레이놀즈의 실험 보고서.

목차

< 레이놀즈 실험 >
1. 목 적

2. 실험 이론
1) 물의 유동
2) 층류와 난류의 정의

3. 실험 기구

4. 실험 방법

5. 실험결과

6. 고 찰

본문내용

1. 목 적
실제 유체의 유동은 점성유동으로 이상유체의 비점성유동보다 복잡하고 문제해결이 어렵다. 이러한 점성유동은 층류, 천이, 난류로 구분된다. 본 실험은 저수조의 수조를 일정하게 유지하면서 관내의 유체의 유동상태와 레이놀즈수와의 관계를 이해하고 층류와 난류의 개념을 이해하며, 임계 레이놀즈수를 산출하고자 한다.
2. 실험 이론
1) 물의 유동
관내에 물을 흘려 이 물의 속도를 점점 빠르게 해가는 경우를 생각한다. 처음에는 물은 고요히 흘러 물의 각 분자는 마치 선을 그리는 것처럼 전체는 층을 이루며 이동한다. 그러나 이 속도가 점차 빨라짐에 따라 물의 내부는 결국에는 불규칙하게 흐르는 것과 같이 된다.
이 경우 층상 흐름의 쪽을 층류(Laminar flow)라고 하고, 각 분자가 이동하는 궤적을 유선(Stream line), 유선의 덩어리를 유관(Steam tube)이라고 한다.
이것에 대해서 불규칙하게 유동하는 것을 난류(Turbulent flow)라고 한다.
이 층류에서 난류로 바뀌는 경계점 속도를 임계속도(Critical velocity)라고 한다.
영국의 Osborne Reynolds는 관내를 흐르는 흐름이 층류인지 난류인지를 가늠하는 레이놀즈수(Reynolds number)라는 무차원수를 발견했다. 레이놀즈수는 Re로 표기하며, 유체의 점성에 기인한 고유의 값으로, 유속 관경에 의해 결정되는 수로서, 실험에 의하면 관내 흐름에서는 Re=2000이하이면 층류로 됨이 알려져 있다.

여기서, D = 관경
ρ = 밀도

υ = μ / ρ 동점성계수 (㎠/sec)
2) 층류와 난류의 정의
① 층류 (Laminar flow) [Re ≤ 2000]
유체의 질서 정연한 흐름이고 난류와 대비된다. 가는 파이프에 물을 흘릴 경우 가령 잉크를 넣어 흐름의 상태를 관측하면 유속에 따라 레이놀즈수가 작을 때에는 색줄이 직선으로 되고, 물의 각 부분이 파이프 벽에 평형으로 움직이며 서로 섞이지 않는 것을 알 수 있다. 이러한 흐름이 층류이다.
② 난류 (Turbulent flow) [Re ≥ 4000]
유량을 증가 시키면 임계속도에 이르게 되는데 이때부터 물감줄기가 파형이되고 점점 없어져서 마침내 물이 흐르는 단면 전체에 퍼진다. 이러한 물감의 이동으로부터 물이 더 이상 층류로 흐르지 않고 교차혼합 흐름 및 소용돌이를 이루며 흐른다는 것을 알 수 있다. 이러한 운동형태가 난류이다.

참고 자료

없음