관 마찰계수 측정 실험

소개

유체가 원 관 내부를 흐를 때 관 마찰(유체와 관로 내 벽면 사이의 마찰)에 의하여 압력손실이 발생한다. 이러한 관 마찰에 의한 압력손실을 정확하게 평가하는 것은 유체시스템(예 : 펌프와 관로에 의하여 만들어지는 각종 유체 수송 장치)의 설계 시 매우 중요한 요소가 된다. 여기서는 관 마찰 압력손실에 관한 이론적 지식을 재정리해 본 후 실제로 실험을 통하여 직선 원 관 내에서의 마찰손실을 측정해보고 관 마찰에 의한 에너지 손실을 정확하게 이해하는데 목적이 있다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론
3. 실험 결과
4. 토의 및 결론
5. 참고 문헌

본문내용

그림 3.1과 같이 비압축성 유체가 관내를 흐를 때에는 다음과 같은 베르누이방정식이 성립한다.
여기서 hL은 마찰손실수두(friction loss head) 또는 수두손실(loss head)라 하며, 단위중량의 유체가 1에서 2까지 가는 사이에 잃어버린 역학적 에너지의 양이다.

한편 관의 단면이 일정하고, 관이 수평으로 놓여 있을 때는 식 (3.1)로부터가 얻어진다.

길고 곧은 관에서 압력손실()는 속도수두()와 관의 길이(L)에 비례하고 관의 지름(d)에 반비례한다. 이러한 관계를 Darcy-Weisbach방정식이라 하며 다음과 같이 표시된다.

레이놀즈수와 관마찰 손실계수 의 관계를 나타낸 것으로는 무디선도(Moody diagram)가 있다. 층류영역에서는 는 관내벽 조도에는 무관한 하나의 직선으로 표시됨을 알 수 있다. 또 완전한 난류영역에서는 는 Re수 변화에 따른 변화는 비교적 적지만 관로내 벽의 조도에 따라서는 매우 크게 변화한다.(2)

층류일 경우 레이놀즈 수가 커지면 그에 따라 마찰계수가 작아지는 것을 확인 할 수 있다,
하지만 난류의 경우 레이놀즈 수에 의한 마찰계수의 관계는 찾기 어렵다.
하지만 상대조도에 따른 마찰계수의 변화를 보면 관 마찰계수가 상대 조도가 커짐에 따라 증가 하는 것을 확인 할 수 있다. 즉, 난류일 경우 마찰계수는 레이놀즈 수에 크게 영향 받지 않고 상대 조도에 더 큰 영향을 받는 다는 것을 알 수 있다.

참고자료

· 없음