Reynolds Number (레이놀즈 수)

소개

이번 실험은 Reynolds Number(레이놀즈 수)를 측정하는 실험으로, 관을 통해 흐르는 유체를 관찰함으로써 유체의 흐름에 대한 층류와 난류의 개념을 이해하고, 이때 층류와 난류를 지배하는 인자가 무엇인지 알아보고 무차원 수인 Reynolds Number에 대한 개념과 물리적 성질을 대표하는 양들에 대한 개념을 제대로 이해하도록 하는 것이었다. 또한 층류와 난류를 구분하는 무차원 수인 Reynolds Number를 유량측정을 통하여 구하여 보고 이때, 유체의 흐름을 가시적으로 관찰해 보는 실험이었다.
이번 실험에서는 메스실린더와 stop watch 메틸렌블루 용액 그리고 실험장치 Reynolds Number Experimental APP`를 주로 사용하여 실험을 진행하였다. 실험방법 및 순서에 나와 있는 그대로를 진행하였고, 중간에 색소액이 나오는 잉크바늘이 막히는 바람에 뜨거운 물로 잉크바늘을 뚫어주는 작업 때문에 시간이 지체되었다. 그다음 색소통의 밸브를 조금씩 열어 색소액의 흐름을 관찰하였다. 이때 물의 유속을 조절하면서 색소의 유선을 관찰하였다. 난류, 층류, 상임계 레이놀드 수, 하임계 레이놀드수, 이 4가지를 측정하였다. 측정시 시간을 10초로 정해놓고, 물의 유속을 달리하여 방출되는 물의 양을 측정함으로써 레이놀드 수를 구하였다. 실험 시 주의 사항중 1)번에 해당하는 잉크바늘이 막히는 것을 방지하기 위해, 실험이 종료된 후 색소를 모두 배출시키고 증류수로 깨끗이 씻어 잉크바늘이 막히는 것을 예방하는 것으로써 이번 실험을 마쳤다.

목차

1. 서론 (Introduction)
2. 이론 (Theory)

3. 실험장치 및 방법 (Experimental Conditions)

4. 실험결과 (Results)

5. 실험결과에 대한 고찰 (토론, Discussion)

6. 결론 (Conclusion)

7. 인용문헌 (Reference)

8. 부록 (Appendix)

본문내용

1) Reynolds Number
영국의 유체역학자 O.레이놀즈가 발견하였다. 유체의 점성률을 μ , 밀도를 ρ , 유속을 v, 물체의 모양을 정하는 길이, 즉 구나 원관이면 반지름, 육면체면 변의 길이를 l이라 할 때, Re＝ρlv/ν구해지는 무차원수를 말한다. 흐름을 연구하는 데 중요한 것으로, 이 값이 작을 때는 흐름이 규칙적인 층류가 되지만, 어떤 값 이상이 되면 난류가 된다. 일반적으로 이와 같은 난류와 층류의 경계가 되는 R의 값을 임계레이놀즈수라 한다. 그 값은 원관 내의 물의 흐름에서 약 2,300이다. 경계의 모양이 닮은 두 물체를 서로 다른 흐름 속에 놓았을 때 각각 레이놀즈수가 같다면, 길이와 시간의 단위를 적당히 잡으면 두 흐름의 상태는 완전히 일치한다(레이놀즈의 닮음법칙).
채널흐름을 기술하는데 있어 가능한 흐름의 종류는 거의 무한대이다. 이렇게 다양한 채널흐름을 구별하기 위해 각각의 채널흐름을 특성별로 나누어야 한다. 채널흐름을 특성지울 수 있는 6개의 측정 가능한 변수가 있다.
크기를 기술하는 채널의 직경 d=(2a)와 채널의 길이 l,
유체의 속도를 대표하는 평균속도 uave,
유체의 흐름을 주는 채널 양단의 평균 압력구배 , 그리고
유체의 물리적 성질을 대표하는 유체의 밀도 ρ와 유체의 점성계수 μ이다.
그러나 채널의 길이 l에 관계없이 유체가 채널의 끝에 도달하기 전에 흐름의 형태가 이미 결정지워지기 때문에, 또한 압력구배 에 l이 포함되어 있기 때문에, 채널의 길이는 중요하지 않다. 그리고 채널 양단의 평균 압력구배 의 값은 평균속도 uave에 관계하고, 따라서 나머지 변수들에 의존하므로 빼어도 된다. 그러므로 채널흐름을 특성지우기 위해서는 d, uave, ρ,와 μ의 4개 정보만 필요하다.
어떤 성질의 채널 흐름인가는 무차원의 양이지만, 위의 4개의 값은 차원이 있는 양들이다. 그러므로 이들 4개의 차원이 있는 값들을 적당히 조합해서 채널의 흐름을 특성지우는 무차원변수를 찾는 차원 분석법을 생각해보자. 차원을 이야기하려면 기본적인 차원단위, 즉 질량[M], 길이[L], 시간[T], 온도[θ]를 이용해야 한다.
그러므로 4개의 양에 해당하는 차원은
[d]=[L]

참고자료

· 자료에 기재되어 있습니다.