Orifice Meter & Venturi Meter 유량 측정 실험

본 내용은 " Orifice Meter & Venturi Meter 예비 레포트(A+) " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.09.07

문서 내 토픽

• 1. 베르누이 방정식 및 에너지 수지

  정상상태 흐름에서 유체의 에너지 보존을 나타내는 베르누이 방정식은 압력수두, 위치수두, 속도수두의 합이 일정함을 의미한다. 에너지 수지 방정식은 유입과 유출 지점에서 단위 질량당 에너지가 동일하다고 가정하며, 마찰이 없는 비압축성 유체의 경우 압력 변화와 속도 변화의 관계를 정의한다. 실제 공정에서는 마찰로 인한 에너지 손실을 고려하여 배출계수를 도입해 이론값과 실험값의 차이를 보정한다.

• 2. 차압식 유량계의 원리 및 특성

  차압식 유량계는 관 내부에 압력 강하를 발생시키는 기구를 설치하여 전후 압력 차이를 측정해 유속을 산출한다. Orifice Meter는 설치가 간단하지만 압력 손실이 크고, Venturi Meter는 유선형 구조로 압력 손실이 적으며 배출계수가 1에 가깝다. 축류(Vena Contracta) 현상으로 인해 실제 흐름 면적이 이론값보다 작아지므로 축소계수와 배출계수를 이용해 보정한다.

• 3. 레이놀즈 수와 유동 형태

  레이놀즈 수는 관성력과 점성력의 비로 정의되는 무차원 수로, 유동의 형태를 결정한다. Re < 2000일 때 층류, 2000 < Re < 4000일 때 전이유동, Re > 4000일 때 난류가 발생한다. Orifice Meter의 배출계수는 레이놀즈 수에 따라 변하지만, Venturi Meter는 유속 변화에 대한 의존도가 낮아 더 안정적인 측정이 가능하다.

• 4. 유량계 측정 장치 및 실험 방법

  실험 장치는 Head Tank에서 물을 공급받으며, 조정 밸브로 유량을 조절하고 액주 압력계로 압력 차이를 측정한다. 실험 전 공기 제거와 수평 조정이 필수이며, 일정한 유량 하에서 각 측정점의 눈금을 읽어 데이터를 수집한다. 유속을 변화시키면서 반복 측정하여 배출계수와 압력 손실을 산출한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 베르누이 방정식 및 에너지 수지

  베르누이 방정식은 유체역학의 기초가 되는 중요한 원리로, 이상적인 유체의 에너지 보존을 나타냅니다. 압력에너지, 운동에너지, 위치에너지의 합이 일정하다는 개념은 매우 직관적이고 실용적입니다. 다만 실제 유체에서는 점성으로 인한 에너지 손실이 발생하므로, 손실수두를 고려한 수정된 형태의 적용이 필수적입니다. 이 방정식을 통해 유체의 흐름을 정량적으로 분석할 수 있으며, 펌프 설계, 배관 시스템 계산 등 다양한 공학 분야에서 활용됩니다. 에너지 수지 개념과 함께 이해하면 유체 시스템의 효율성을 평가하고 최적화하는 데 매우 유용합니다.

• 2. 차압식 유량계의 원리 및 특성

  차압식 유량계는 베르누이 원리를 기반으로 하여 유량을 측정하는 가장 전통적이고 널리 사용되는 방식입니다. 오리피스, 노즐, 벤투리관 등 다양한 형태가 있으며, 구조가 간단하고 비용이 저렴하다는 장점이 있습니다. 그러나 측정 범위가 제한적이고 압력 손실이 크다는 단점이 있습니다. 특히 저유량 측정에서는 정확도가 떨어질 수 있습니다. 차압식 유량계의 정확한 사용을 위해서는 설치 위치, 배관 조건, 유체의 물성 등을 충분히 고려해야 하며, 정기적인 검정과 유지보수가 중요합니다.

• 3. 레이놀즈 수와 유동 형태

  레이놀즈 수는 유체의 관성력과 점성력의 비를 나타내는 무차원 수로, 유동의 층류와 난류를 구분하는 중요한 지표입니다. 이 개념을 통해 유동 현상을 체계적으로 분류하고 예측할 수 있습니다. 층류에서 난류로의 전환은 급격하지 않으며 전이 영역이 존재한다는 점이 흥미롭습니다. 레이놀즈 수는 배관 내 유동뿐만 아니라 물체 주위의 유동, 열전달 등 다양한 유체 현상을 분석하는 데 활용됩니다. 유동 형태에 따라 마찰계수, 열전달 계수 등이 크게 달라지므로, 정확한 레이놀즈 수 계산은 공학 설계에서 필수적입니다.

• 4. 유량계 측정 장치 및 실험 방법

  유량계 측정 실험은 이론적 개념을 실제로 검증하고 다양한 측정 장치의 특성을 이해하는 데 매우 중요합니다. 실험을 통해 베르누이 방정식의 타당성, 차압식 유량계의 정확도, 레이놀즈 수에 따른 유동 특성 변화 등을 직접 관찰할 수 있습니다. 정확한 측정을 위해서는 장치의 정확한 설치, 압력 측정 포인트의 적절한 선택, 온도와 습도 등 환경 조건의 관리가 필수적입니다. 실험 결과의 오차 분석을 통해 측정 장치의 한계와 개선 방안을 파악할 수 있으며, 이는 실무에서의 올바른 장치 선택과 운영에 도움이 됩니다.