수직원관에서의 레이놀즈 수에 따른 층류 및 난류 유동의 분석

소개

이번 실험의 목표는 수직관원에서 유체의 유량을 달리함에 따라 유체의 흐름이 어떻게 변하는지 조사하는 것이다. 유체의 유량을 달리함으로써 레이놀즈 수가 결정되는데 수직관에서는 레이놀즈 수의 범위에 따라 Re<2100 층류, 2100

목차

1. 서론
2. 이론
3. 실험
4. 결과 및 분석
5.요약
Reference

본문내용

레이놀즈수는 관성력과 점성력의 관계로 정의되는 무차원수로 그 범위에 따라 유체의 흐름을 개략적으로 결정한다. 우리가 이번에 실험한 수직관에서는 레이놀즈수 2100이하에서는 층류, 4000 이상에서는 난류의 흐름이 나타나고, 그 중간 영역인 2100~4000사이에서는 층류와 난류가 공존하는 전이영역이 나타난다. 유체입자들이 층을 이루면서 규칙 정연하게 흐르는 유동을 층류라고 정의하며, 이웃하는 층 상이에 유체입자들이 무질서하게 교환되면서 불규칙하게 흐르는 유동을 난류라고 정의한다. 일반적으로 층류는 그 흐름이 규칙적이어서 유체역학에서 간단하게 해석할 수 있는 시스템 중 하나라고 한다. 반면 난류는 그 흐름이 3차원적으로 매우 불규칙하게 거동하여 지금까지도 정확하게 해석되지 못하고 평균값을 이용해 개략적으로 그 거동을 예측한다고 한다. 레이놀즈수는 관지름, 유속, 유체의 밀도, 점도에 의하여 결정된다. 본 실험에서는 관지름이 일정한 수직관을 통해 유체를 흘려주며 밸브를 이용하여 그 유량을 조절하고, 수직관 상단에서 유체와 함께 잉크를 떨어뜨려 유체의 흐름 양상을 관찰한다. 우리는 유량과 유체의 종류를 바꿔줌으로써 레이놀즈수를 변화시키고, 그에 따른 층류, 전이상태, 난류의 흐름을 관찰해보았다. 최종적으로는 실험 결과에 대해 유체역학 이론을 바탕으로 유체의 속도구배, 압력강하를 확인한다. 분석을 위해서는 적절한 가정하에 경계층 이론, Hagen-Poiseuille equation 같은 유체역학 이론을 적용한다.

참고자료

· 1. Warren L. McCabe, Julian C. Smith, and Peter Harriott, 2005, Unit Operations of Chemical Engineering, 7th ed., McGrawHill, New York.
· 2. R. Byron Bird, Warren E. Stewart and Edwin N. Lightfoot, 2002, Transport Phenomena, 2nd ed., Wiley, New York.
· 3. Welty, James R. Wicks, Charles E. Wilson, Robert E. Rorrer, Gregory L., 2001, Fundamentls of momentum, heat and mass transfer, 4th ed., McGrawHill, New York.
· 4. Frank M. White[저], 조강래, 유정열, 강신영 공역, 2000, 유체역학, 4판, 한국맥그로힐, 서울.
· 5. 맹주성, 서용권, 김경천, 2003, 유체역학, 병진, 서울.