(수리실험) 레이놀즈시험

소개

관수로 내의 흐름을 Reynolds의 원실험에서처럼 색소주입으로 층류와 난류로 구분하여 식별함과 동시에 층류와 난류의 경계선이 되는 한계흐름(critical flow)에 해당하는 한계유속과 Reynolds수(critical Reynolds number)를 결정해 보기로 한다.

목차

실험목적
기본이론
실험기구
실험절차
실험결과 및 계산
결론

본문내용

실험목적
관수로 내의 흐름을 Reynolds의 원실험에서처럼 색소주입으로 층류와 난류로 구분하여 식별함과 동시에 층류와 난류의 경계선이 되는 한계흐름(critical flow)에 해당하는 한계유속과 Reynolds수(critical Reynolds number)를 결정해 보기로 한다.
기본이론
Reynolds 는 유리관을 통해 흐르는 물 속에 색소를 주입하여 색소의 이동을 관찰함으로써 2개의 상이한 흐름형이 존재함을 밝힌 바 있다. 속도가 느림 흐름 속에서는 색소선이 흐트러지지 않고 직선적으로 이동했으나 고속의 흐름에서는 색소가 물과 혼합되면서 하류로 이동함을 관찰했으며 전자를 층류, 후자를 난류라 명명하였다. 여러 가지 직경의 관과 수온하에 유속을 변이 시켜 가면서 실험한 자료의 분석에서 층류와 난류를 구별하는 기준으로 다음과 같은 Reynolds 수를 제안하였다.
Renolds 수 :
여기서 Reynolds 수는 무차원량이고, V는 흐름의 평균유속, D는 관의 직경이며 는 수온에 따라 변하는 유체의 점성계수를 표시한다.
흐름상태가 층류와 난류의 경계에 다다를 경우 흐름의 유속을 한계유속이라 부르며 이에 상응하는 Reynolds 수를 한계 Reynolds 수라한다. 한계 Reynolds 수는 다시 상한계 Reynolds 수와 하한계 Reynolds 수로 나누어진다. 상한계 Reynolds 수는 층류상태로부터 유속을 서서히 증가시켜 난류상태로 변화시킬 때의 한계유속을 의미하며 하한계 Reynolds 수는 이와 반대로 난류상태로부터 유속을 감소시켜 층류상태로 변화시킬 때의 한계유속을 뜻한다. Reynolds에 의하면 초기정체 정도와 관입구의 모양 및 관의 조도 등에 따라 크게 달라질 수 있으며 실질적인 상한계 Reynolds 수는 2700~4000정도로 알려져 있다. 하한계 Reynolds로 정의된느 난류의 하한은 고학적 문제해결의 입장에서 볼 때 상한치보다 중요하며 하한계 Reynolds 수보다 낮은 흐름의 경우에는 난류성분은 유체의 점성에 의해 모두 소명된다. 지금까지의 여러 실험결과에 의하면 관수로에서의 하한계 Reynolds 수는 약 2000으로 알려져 있다. 즉, 흐름의 Reynolds 수가 2000보다 작으면 흐름은 층류이고, 2000~4000사이이면 층류와 난류가 공존하는 이른바 불안정 층류(EH는 천이영역의 흐름)이며, 4000 이상인 흐름은 난류이다.

참고자료

· 없음