관로마찰(홍해)

소개

1. 실험 목적저수조의 물을 펌프로서 고수조에 펌핑하고, 그 유량을 관내에 흐르게 하여, 관마찰 실험, 벤추리, 노즐, 오리피스를 통한 유량의 측정실험, 직관과 곡관 및 급확대 , 축소관에서의 압력 손실 실험 등을 측정하여 연속 방정식, 베르누이 방정식, 달시-바이스바흐식의 이해를 목적으로 한다.2. 기초 이론2.1 유량측정실험유체가 관로를 따라 흐를 때 관의 단면적이 변화하게 되면 관의 단면적 변화에 대응하는 유체의 압력변화가 생긴다.이러한 압력변화를 이용한 유량계를 압력차 유량계라 하며, Oriffice meter, Ventury meter, Nozzle등이 이에 속한다.비압축성 유체가 [그림 1]과 같이 단면적이 축소하는 관로를 따라 흐를 때, 단면적이 각각 ,인 지점 1, 2에 베르누이 방정식과 연속방정식을 적용하면(1)(2)와 같은 관계가 성립한다.우선 유로에서의 에너지 손실을 무시하면 유량 Q는 식 (1),(2)로 부터 (3)과 같이 된다.그러나 실제 유동에 있어서는 관마찰에 의한 에너지 손실이 수반되므로 실제 유량은 식 (3)으로 계산한 유량보다 작아져 다음과 같이 보정하여 사용한다.(4)가) Ventury meter< 관계식 >여기서:유량:유량계수 (≒ 0.98):목의 단면적 (m2):입구의 단면적 (m2):차압 (m)나) Nozzle< 관계식 >여기서:유량:유량계수 (≒ 0.99):노즐의 단면적 (m2):차압 (m)다) Orifice< 관계식 >여기서:유량:유량계수 (≒ 0.66):오리피스 관 면적 (m2):차압 (m)2. 2 손실수두의 실험수평 원관에서 단면이 급격히 확대되거나 축소할 경우에 발생하는 에너지 손실에 관한 연구는 매우 중요한 의미를 갖고 또한 여러 가지 밸브의 마찰에 관한 연구는 우리 생활에 여러 분야에서 사용되는 것을 직접 접할 수 있기 때문에 매우 중요하다. 그 적용분야를 보면 각종 보일러나 발전소의 파이프 라인 등의 에너지 분야, 송유관이나 송수관, 또는 냉각수 공급 등에 쓰이는 각종 파이프 라인은 많은 응용분야가 있다. 또한 수평 원관에서 단면확장이나 단면 축소에 의하여 발생하는 손실을 파이프내의 압력강화와 직결되므로 이는 송유관이나 송수관의 펌프 용량을 계산하거나 파이프라인 중간에 설치하는 가압펌프의 용량을 계산하는데 매우 중요하다.직관에서의 손실수두[ 그림 7 ]과 같이 비압축성 유체가 관내를 흐를 때에는 다음과 같은 베르누이 방정식이 성립한다.(1)요기서 은 마찰손실수두( friction loss head ) 또는 수두손실( head loss)이라 하며,단위 중량의 유체가 1에서 2까지 가는 사이에 잃어버린 역학적 에너지의 양이다. 3. 실험 장치3-1) 본체.크기 : 3,200(W) × 700(D)×1,800(H) mm저수조 : STS 304, 130 liters고수조 : STS 304, 52 liters위어 : STS 304, 200 mm펌프 : 0.75Kw, 220 V, 3유량계 : 양정 - 13m유량범위 - 15～ 150 l/min형식 - 면적식 관수로 : STS 304, 1 1/4“ ×2 linesSTS 304, 1“ ×1 lineSTS 304, 3/4“ ×1 lineSTS 304, 1/2“ ×1 line유량 측정 장치 : 벤추리 메타,노즐,오리피스,웨어,유량계.급축소관, 급확대관 : 재질 - 아크릴다관 마노 메타 : 8mm glass tube( 30 tubes ), 1220mm수온 마노 메타 : 600mmHg, "U" type밸브 : 1 1/2“, 1 1/4", 1“, 3/4", 1/2“3-2) 측정관의 내경pipe : 1 1/2" - 43.4 mm 1 1/4" - 37 mm 1“ - 28.8 mm3/4" - 23 mm1/2“ - 17.4 mmVenturi Meter : 37 ～ 18.5 mmNozzle : 12.7 mmOrifice : 14.55 mmSudden Enlarge Pipe : 37 ～ 18.5 mmpipe의 측정 길이 : 1800mm( 1/2" )1800mm( 3/4" )1800mm( 1" )1000mm( 1 1/4" )

목차

1. 실험 목적
2. 기초 이론
3. 실험 장치
4. 실험 방법
5. Data Sheet 및 결과
6. 고찰
7. 참고자료

본문내용

1. 실험 목적
저수조의 물을 펌프로서 고수조에 펌핑하고, 그 유량을 관내에 흐르게 하여, 관마찰 실험, 벤추리, 노즐, 오리피스를 통한 유량의 측정실험, 직관과 곡관 및 급확대 , 축소관에서의 압력 손실 실험 등을 측정하여 연속 방정식, 베르누이 방정식, 달시-바이스바흐식의 이해를 목적으로 한다.

2. 기초 이론

2.1 유량측정실험

유체가 관로를 따라 흐를 때 관의 단면적이 변화하게 되면 관의 단면적 변화에 대응하는 유체의 압력변화가 생긴다.
이러한 압력변화를 이용한 유량계를 압력차 유량계라 하며, Oriffice meter, Ventury meter, Nozzle등이 이에 속한다.
비압축성 유체가 [그림 1]과 같이 단면적이 축소하는 관로를 따라 흐를 때, 단면적이 각각 ,인 지점 1, 2에 베르누이 방정식과 연속방정식을 적용하면

<중 략>

5 베르누이 정리

유체속에 잠겨있는 어느 한 지점에 작용하는 압력은 상하 좌우 방향에 관계없이 일정하게 작용하는 데, 이 압력을 유체의 정압이라고 한다. 정지 상태에 있는 유체의 정압은 주어진 점의 위쪽에 있는 유체의 무게에 비례한다. 따라서, 대기압이란 측정하는 점의 위쪽에 있는 공기 기둥의 무게를 나타내며 수중에 있는 한 점의 압력은 그 점의 위쪽에 있는 물기둥 무게와 공기 기둥 무게를 합한 값을 나타낸다.
유체가 흐를 때 유체의 입자는 속도를 가지게 되며 입자의 질량과 속도의 제곱을 곱한 값은 입자의 운동 에너지를 나타낸다. 유체의 운동에너지는 압력으로 나타낼 수 있다. 예를 들어 수평 방향으로 일정하게 흐르는 유체가 흐름 방향에 수직으로 세워진 벽면에 힘이 작용한다.
이 때 유체의 운동에너지는 벽면에 단위 면적당 작용하는 힘인 압력으로 변환된다. 흐르는 유체의 운동에너지를 해당되는 압력으로 변환했을 때의 압력을 동압이라고 한다.


유체의 밀도를 ρ , 속도를 V 라고 하면 동압 q 는 다음식으로 표시된다.

이 식으로부터 유체의 동압은 유체의 운동에너지가 압력으로 변환된 것이며 그 값은 속도의 제곱에 비례하는 것을 알 수 있다. 이상유체의 정상흐름에서 동일한 유선상의 정압 P와 q 사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다.

정압(P) + 동압(q) = 전압(Pt) = 일정

유체의 흐름에서 정압과 동압을 합한 값은 일정하며, 이 압력을 전압이라고 한다. 위의 관계를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

참고자료

· 없음