홍익대학교 기계시스템공학실험 마찰계수측정 실험 보고서

소개

홍익대학교 기계시스템공학실험 A+ 보고서입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 관련 이론
3. 실험 장치
4. 실험 과정 및 순서
5. 실험 결과
6. 고찰
7. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목적
원관 내로 공급되는 물의 유량과 측정되는 압력차, 그리고 측정되는 온도를 이용하여 유체유동에 따른 마찰계수를 레이놀즈 함수에 대해 측정하고 Moody선도의 레이놀즈수를 이용하여 확인한다.

2. 관련 이론
1) 유체의 유동과 마찰계수 - Darcy마찰계수
원관 내에서 유체가 유동하면 관 벽에는 마찰력이 발생한다. <그림 1>은 원관 내의 층류유동에서 속도분포와 전단력의 분포를 보여주고 있다.

벽면의 전단력의 유체의 밀도, 점도, 속도, 관 직경에 의해 결정되는 레이놀즈수와 관 표면의 거칠기의 함수로 주어진다.

전단력에 의한 압력강하를 대변하는 무차원 변수인 마찰계수는 Fanning 마찰계수와 Darcy 마찰계수로 표현되고 있다. Fanning 마찰계수는 벽 전단력을 유체의 운동에너지의 함수로 선형적으로 표현하였으며 Darcy 마찰계수는 다음과 같이 표현한다.
편의상 유체역학에서는 Darcy 마찰계수는 다음과 같이 유도된다.

2) 레이놀즈수
O.Reynolds가 발견한 것으로 움직이는 유체 내에 물체를 놓거나 유체가 관속을 흐를 때 난류와 층류의 경계가 되는 값을 말한다. 물체가 정지유체 속을 진행하는 경우 그 물체의 길이 또는 관지름을 d, 진행속도 또는 평균속도를 V,ρ을 유체의 밀도라 할 때 Re=ρVd/μ이며 Re가 레이놀즈 수이다.
흐름을 연구하는 데 중요한 것으로, 이 값이 작을 때는 흐름이 규칙적인 층류가 되지만, 어떤 값 이상이 되면 난류가 된다. 일반적으로 이와 같은 난류와 층류의 경계가 되는 Re의 값을 임계레이놀즈수라 한다. 그 값은 원관 내의 물의 흐름에서 약 2,300이다. Re가 2,300보다 작을 때 층류구역, 2,300 < Re < 4,000 일 때 천이구역으로써 층류와 난류의 중간구역이라 할 수 있고, Re가 4,000보다 크면 이를 난류구역이라고 한다.

경계의 모양이 닮은 두 물체를 서로 다른 흐름 속에 놓았을 때 각각 레이놀즈수가 같다면, 길이와 시간의 단위를 적당히 잡으면 두 흐름의 상태는 완전히 일치한다.

참고자료

· 기계시스템공학실험/강의록
· 계측및신호처리/강의록
· Fundamentals of Fluid Mechanics, 7th edition, B.R. Munson, et al., John & Wiley
· Darcy equation/네이버 지식백과
· 층류,난류/네이버 지식백과