수리학 실험 오리피스 유출 예비보고서

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목차

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본문내용

◎ 실험 제목 : 오리피스 유출

◎ 실험 날짜 : 2011년 9월 22일

◎ 실험 목적 : Bernoulli 방정식에 의하여 오리피스 유출에 관련된 실험을 한 후 오리피 스 구조, 흐름 단면의 수축과 에너지 손실과의 관계를 이해하며 수축계수, 유속계 수, 유량계수의 실측값과 이론값을 비교 검토한다.

◎ 실험 장치

◎ 실험 이론

1. Bernoulli 방정식
오른쪽 그림과 같은 검사체적(유관)을 생각해 보자.
유관의 횡단면적 A가 압력 p를 받고 있다. 따라서 힘 F는 단면적에 대해서 다음 식과 같이 주어진다.

유체 흐름이 시간 동안 유관 상에서 거리 만큼 이동함에 따라, 시간 동안 한 일 는 다음과 같다.

동일 시간 동안 시스템 내로 들어가는 질량 은 이다. 그러므로 운동에너지 는 이렇게 정이된다.

시간 동안 들어가는 질량 의 위치에너지는 이며, 여기서, 는 중력 가속도이고, 는 어떤 임의의 기준으로 부터의 높이이다. 시간동안의 전체 에너 지 는 한 일 (work), 운동에너지 그리고 웨치에너지의 합이다. 그러므로

모든 흐름 면적에 대한 유체의 단위중량당 에너지(또는 에너지 수두 는 위 식을 적분해서 로 나누면 얻어진다. 모든 면에 대해서 한 일은 정확히 (일 정한 에 대해서)이고, 위치에너지는 이다. 운동에너지는

이 된다. 여기서, 는 에너지보정계수이다. 이것은 보통 1에 가깝고 일반적으로 1 로 가정한다.
유관의 입구를 첨자 1로 나타내고, 그리고 이라고 하면, 단위중량당 에 너지는 다음 식과 같다.

동일하게 출구를 첨자 2로 나타내면, 단위중량당 에너지는 다음과 같다.

에너지 손실이 없고 어떤 다른 형태로 변환되었다면, 입구에서 유체의 단위중량당 에너지는 출구에서의 단위중량당 에너지와 같아야만 한다. 더욱이, 수리학에서 적 용하는 대부분의 경우는 비압축성 유체(즉, 일정)로 제한되어 있다. 그러 므로 에너지방정식은 다음과 같이 쓸 수 있다.

참고 자료

James F. Cruise & Mohsen M. Sherif & Vijay P. Singh, 『수리학』, 심명필 외 5명 공역, 동화기술, 2008, pp.156-161, 167-170.