벤투리관을 지나는 유동 및 유동 가시화 예비+결과 레포트

소개

기계공학실험 책에 나오는 주요 유체 실험과제에 속하는 벤투리관을 자나는 유동, 유동 가시화 에 대한 예비+결과 레포트 합본입니다. (즉 7.5 실험 + 7.8 실험 내용입니다)

목차

7.5 벤투리관을 지나는 유동
실험목적
이론
실험방법
계산 및 결과
고찰

7.8 유동 가시화

실험목적
이론
실험방법
계산 및 결과
고찰

본문내용

7-5. 벤투리관을 지나는 유동

1. 실험목적
이 실험에서는 유동이 벤투리관(venturi tube)을 지날 때, 벤투리관의 내부에서의 속도와 압력을 측정하여 벤투리관의 특성에 대하여 알아본다. 또한 유량을 측정하여 이론값과 실험값을 비교하고, 이 값들로부터 벤투리관의 유량계수(discharge coefficient)를 구해본다.

2. 이론
1) 벤투리관의 정의
유체의 유속을 측정하는 데 사용되는 관이다. 관의 양 끝은 넓고 중앙부분이 좁은 형태로, 이 관을 지나는 유체의 유속은 베르누이의 정리와 연속방정식을 사용하여 구한다.
관의 단면적이 급격히 줄어들었다가 중앙부에서 최소단면적이 되고, 다시 관의 단면적이 완만하게 확대되는 구조이다. G.B.벤투리(1746~1822)가 고안하였다. 유속은 베르누이의 정리와 연속방정식을 이용하면 다음과 같이 주어진다.
여기서 v는 유체의 속도, A는 유체가 들어오는 입구의 관의 단면적,ρ는 유체의 밀도, a는 관의 출구 쪽의 단면적, ρ′는 압력계에 들어 있는 유체의 밀도, h는 단면적 A와 단면적 a에서의 압력계의 높이차이고, g는 중력 가속도이다.

2) 벤투리관에서의 유량 산정식
비압축성 유동이 벤투리관을 지나갈 때 에너지손실이 없다고 가정하면, 각 부분에서의 유속과 수두(head)의 관계식은 다음과 같이 된다.


여기서 U1, U2, Un은 각각 1, 2, n에서의 속도이다. 연속방정식으로부터


여기서 a1, a2, an은 각각 1, 2, n에서의 단면적이다. 그리고 Q는 discharge rate로 그 값은 일정하다. 식 (1.1)과 식 (1.2)를 결합하면, 다음과 같은 식을 얻게 된다.


식 (1.3)에서 U2에 대하여 풀면


그러므로, 이론적인 discharge rate Q는


가 된다.
그러나 실제는 에너지손실이 있으므로, 측정된 유량 Q는 계산된 것보다 적게된다. 그러므로 유량계수 C를 도입하면, 실제유량은 다음과 같이 쓸 수 있다.


또

참고자료

· 기계공학실험 교재
· 유체역학 교재 : Cengel 저, McGrawHill 출판사