원형 관내 유속분포와 발달과정에 관한 실험

소개글

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목차

1) 실험목적
2) 이론
3) 실험장치 및 방법
4) 실험결과의 정리
5) 검토 및 토의

본문내용

1. 원형관내의 유속분포와 발달과정에 관한 실험

1) 실험목적

본 실험의 목적은 피토관의 사용법과 원리를 숙지한 후 매끈한 원형 파이프 내의 여러 지점에서 유동의 속도 분포를 측정하여 봄으로써 파이프 길이 방향으로의 속도분포발달과정을 살펴보고, 층류와 난류의 속도 분포차이를 이해하며 유량의 개념과 측정법에 대한 이해를 깊게 하는 데 있다.

2) 이론

유체가 파이프로 유입될 때 처음에는 거의 균일한 속도분포를 이루며 유입된다. 하지만 파이프 벽에서는 점성에 의해 유체가 벽에 달라붙으므로 속도가 0이 되고 파이프 벽에 가까운 유체는 이 영향으로 감속되며 이렇게 점성의 영향으로 감속된 영역을 경계층이라 부른다. 하류로 이동하면서 점성의 영향은 점점 파이프 중심까지 전파되어 경계층이 파이프 전체를 채우게 되며 파이프 입구로부터 충분히 먼 거리에서는 하류로 진행하더라도 더 이상 속도분포가 변화하지 않게 되며 이것을 완전히 발달된 파이프유동이라 부른다. 파이프의 입구로부터 완전히 발달된 파이프유동이 이루어지는 곳까지의 거리를 입구길이()라 부르며 층류 또는 난류인 경우 대체로 다음의 식으로 근사적으로 표현된다.

여기에서 D: 파이프의 내경
Re: 레이놀즈수 이다.

완전히 발달한 층류가 원형 파이프 내를 유동할 때의 속도분포는 포물선 형태로 다음과 같이 표현된다.

여기에서
한편, 완전히 발달한 난류 유동의 경우 유속의 분포를 이론적으로 구할 수는 없으나 파이프 벽 근처를 제외하면 대체로 균일한 속도분포에 가깝고 파이프 벽 근처에서 급하게 변하며 이 경향은 Reynolds 수가 클수록 더 현저해진다. 조직적인 실험들을 통하여 원형 파이프 내를 흐르는 난류의 속도분포를 표현하는 여러 가지 근사식들이 얻어 졌으며, 그 중에서도 가장 간단한 표현식으로 다음과 같은 멱법칙 속도분포식(power-law velocity distribution)이 있다.

참고 자료

없음