본문내용
1. 벤추리미터 유량측정 실험
1.1. 실험 목적
본 실험의 목적은 베르누이 방정식 및 이와 관련하여 유체유동 중에 일어나는 에너지 손실, 즉 역학적 에너지 손실 등에 대한 개념을 이해하는데 있다. 비압축성 유체의 경우 단위질량의 유체가 가지는 압력 에너지, 속도 에너지의 합은 항상 일정하며 이것을 베르누이 방정식이라고 한다. 본 실험은 베르누이 방정식을 이용하여 벤츄리 미터의 단면적 변화에 따른 수두변화를 측정하여 에너지 손실 및 유량의 크기에 따른 유량계수를 결정한다. (벤츄리 미터에 흐르는 유량을 예상하고 유량계수를 이용하여 실제 유량을 계산하는데 있다.)
1.2. 이론적 배경
1.2.1. 연속방정식
연속방정식은 "질량은 창조되지도 않고 소멸되지도 않는다"는 질량보존의 법칙을 설명해주는 방정식으로, 한 단면에서 다른 단면으로 흐르는 유체흐름의 연속성을 표시해 준다. 즉, 유관 내로 단위시간에 유입한 질량과 유출한 질량과의 이는 유관 속에 축정된 질량과 같다는 것으로서 이것을 연속의 원리라 한다.
연속방정식은 다음과 같이 표현된다. 단면 A1에서의 유속 V1과 단면적 A1의 곱은 단면 A2에서의 유속 V2와 단면적 A2의 곱과 같다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.
Q = A1 * V1 = A2 * V2
여기서 Q는 유량을 나타낸다. 이는 단면적과 유속의 곱으로 정의되며, 단면적과 유속이 변하더라도 유량은 일정하게 유지된다는 것을 의미한다.
이처럼 연속방정식은 유체의 유동에 있어 질량 보존의 법칙을 설명하는 중요한 개념이다. 특히 벤추리미터와 같은 유량 측정 장치에서 연속방정식은 유량 계산의 기본이 되는 원리로 활용된다.
1.2.2. 베르누이 방정식
베르누이 방정식은 유체가 흐름선을 그리며 흐를 때, 두 점 A와 B의 높이 그리고 두 점에서의 압력과 흐르는 속도 사이의 관계를 나타낸 것이다. 즉, 두 점에서 역학적 에너지가 보존됨을 바탕으로 수식으로 나타낸 것을 의미한다.
베르누이 방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있다:
{P_1 \over \gamma} + {V_1^2 \over 2g} +z_1 = {P_2 \over \gamma} + {V_2^2 \over 2g} +z_2
여기서 P는 압력, V는 유속, γ는 단위중량, g는 중력가속도, z는 높이를 나타낸다. 아래 첨자 1과 2는 각각 점 A와 B를 나타낸다.
이 식은 유체의 압력에너지, 위치에너지, 운동에너지의 합은 일정하다는 것을 보여준다. 즉, 한 점에서의 압력에너지와 운동에너지의 합은 다른 점에서의 압력에너지와 운동에너지의 합과 같다는 것을 의미한다.
벤츄리 미터 실험에서는 베르누이 방정식을 활용하여 유량을 측정한다. 좁은 목부에서의 압력 강하량을 측정하여 간접적으로 유량을 계산할 수 있다. 이를 통해 실제 유량과 이론적인 유량 간의 차이를 비교할 수 있으며, 유량계수를 산정할 수 있다.
1.2.3. 벤츄리 미터의 원리
벤츄리 미터의 원리는 다음과 같다.
벤츄리 미터는 관을 따라 흐르는 유체의 유량을 측정하는 기구로, 비율계(rate meter)의 일종이다. 벤츄리 미터는 경사진 수축단면으로 이루어져 있다....
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