[화공단위조작실험 A+] Bernoulli 식의 응용 Venturimeter

소개

"[화공단위조작실험 A+] Bernoulli 식의 응용 Venturimeter"에 대한 내용입니다.

목차

1. Title

2. Date

3. Apparatus & Reagents
1) Apparatus
2) Reagent

4. Results
1) Data sheet
2) Total head 오차율
3) Tap 위치에 따른 Total head 비교 graph

5. Discussion
1) 실험 원리에 대한 정리
2) 실험 결과에 대한 설명
3) 오차의 원인
4) 생각해 볼 사항

본문내용

이번 실험은 유로가 수렴하거나 발산하는 정상상태 유체흐름에서 유속, 정압 head와 전압 head를 측정하여 베르누이 정리의 유효성을 실험적으로 알아보는 것이 목적이었다.
1) 기계적 에너지 수지식 (Bernoulli’s equation)
Bernoulli’s equation은 유체 동역학에서 점성과 압축성이 없는 이상적인 유체가 규칙적으로 흐르는 경우에 대해, 유체의 속도와 압력, 위치 에너지 사이의 관계를 나타낸 식이다. 흐르는 유체에 대하여 streamline 상에서 모든 형태의 에너지의 합은 언제나 일정하다는 것을 설명한다. 이때, Bernoulli’s equation은 incompressible flow에 대해서만 유효하다. 대부분의 경우 액체는 그 밀도가 일정하다 볼 수 있기 때문에 이 경우 액체는 비압축성이고, 그 유동은 비압축성 유동으로 볼 수 있다. 기체의 경우, 그 유동 속도가 매우 낮아 streamline에 따른 기체의 밀도 변화가 무시할 만큼 작은 경우에 비압축성으로 간주할 수 있다. Bernoulli’s equation 설명에 앞서, 적용하기 위해서 다음과 같은 가정을 만족하여야 한다.
- 유체는 비압축성이어야 한다. 압력이 변하는 경우에도 밀도는 변하지 않아야 한다.
- Streamline이 boundary layer을 통과하여서는 안된다.
- Viscous force가 존재하지 않아야 한다.
- 시간에 대한 변화가 없는 steady state를 만족해야 한다.
- 하나의 streamline에 대해서만 적용된다.
- 하나의 streamline 상 총 에너지는 일정하다.
- 흐름 외부와의 에너지 교환은 없다.[2]
Bernoulli equation은 앞서 설명한 바와 같이 정상상태, 비압축성, 마찰이 없는 흐름에 대한 기계적 에너지 보존을 나타내며 관내 흐름의 경우 유로에 수직인 단면 1과 2에 대해 다음과 같이 표현된다.

참고자료

· 워렌 리 맥 카베 외 2, McCabe의 단위조작(7판), 한국맥그로힐, p.73-78 (2017)
· www.wikipedia.org, Bernoulli’s equation
· 김근배, "벤츄리관 형상이 제트 믹서의 성능에 미치는 영향 연구.", 국내석사학위논문 인하대학교 대학원, (2019), p.4-5
· www.wikipedia.org, Cavitation
· www.wikipedia.org, Flow measurement
· 이현태, "베르누이방정식을 활용한 중력가속도 측정방법 고안 및 실험기구 제작.", 국내석사학위논문 경북대학교 교육대학원, (2010), p.11-12