(수리실험) 오리피스 실험

목차

실험목적
기본이론
실험기구
실험절차
실험 결과 및 계산
결 론

본문내용

실험목적
오리피스의 구조를 이해하고 이를 통하여 물의 흐름의 단면 수축과 에너지 손실을 관찰하면서 유량 측정을 숙달하며 동시에 물이 방출할 때 유량의 감소, 수맥의 수축 (수축계수, 유속계수 및 유량계수) 및 에너지 손실의 정도를 측정하고 이론값과 비교 검토한 후 토리체의 정리 및 베르누이 정리의 합리성을 이해한다.
기본이론
다음 그림은 오리피스 공 실험장치를 도식적으로 표시하고 있다. 수조는 오리피스의 크기에 비해 대단히 크므로 수조 내 물의 유속은 오리피스 부근을 제외하고는 거의 무시할 수 있다.


그러나 오리피스 주위에서는 흐름이 오리피스 중심으로 가속되어 수맥은 유선의 완곡으로 인해 그림의 유선 M 혹은 N과 같이 수축된다. 이와 같은 수축으로 인한 흐름 단면적의 감소는 오리피스 직경의 약 절반 되는 위치에서 최대가 되며 이 단면을 수축단면(Venacontracta)이라 한다. 오리피스 아래의 수맥 표면에서의 압력은 대기압이며 수맥 내부의 압력은 수축 단면에 이르기 까지는 대기압 보다 높으나 수축 단면에서는 대기압이 된다. 오리피스를 통한 흐름의 에너지 손실을 무시하고 그림 (2)의 단면 ①과 ②사이에 Bernoulli 방정식을 쓰면 다음과 같은 식(1)이 나온다


기본이론
..........(1)
그런데 단면 ①,②에서의 압력은 대기압이고 유속 은 거의 영으로 간주할 수 있으므로 식 (1)은 다음과 같아진다.

여기서 (Z1-z2)은 단면 1,2간의 위치 수두차로서 그림 에 표시한 H와 같다.

오리피스를 통한 실제의 흐름은 에너지의 손실이 있으므로 수축 단면에서의 유속 는 이론적인 유속 보다 실제로는 작으며 이는 피토관으로 측정되는 전수두로부터 계산 될 수 있다.

따라서 가 바로 오리피스를 통해 발생하는 수두 손실을 표시하며 유속비를 유속계수 라 부른다.

유속계수와 비슷한 요령으로 수축계수 는 오리피스의 단면적에 대한 수축단면의 면적비로 정의 된다.

한편 유량계수 는 이상유체 가정하의 유량 (Qi)에 대한 실제유량 (Q)의 비로 정의된다.

식 (5)와 식 (6)을 식 (7)에 대입하면


즉 유량계수는 유속계수와 수축게수의 적으로 표시되며 실험적으로 측정되는 변량의 항으로 표시하면 다음과 같다.

여기서 유량 Q와 수두 H는 실험적으로 결정되는 양이며 A는 오리피스의 단면적을 표시한다.

참고자료

· 없음