유체전공실험

목차

운동량 원리에 관한 실험

2.1 실험목적
2.2 이론
2.3 실험장치 및 방법
2.4 실험결과의 정리
2.5 토의 및 고찰

본문내용

2.1 실험목적
이 실험은 유체의 유동이 물체에 부딪쳐 굴절됨으로써 발생하는 유체의 운동량 유량의 변화와 그 물체가 받는 힘 사이의 관계를 실험적으로 확인하고 유체역학 교과에서 학습한 운동량 방정식의 이론과 비교함으로써 그 이해를 명확히 하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여 노즐로부터 분사되는 물의 분류가 다양한 형상의 깃에 부딪친 후 굴절되어 유출할 때 깃이 받는 힘을 측정하게 된다.

2.2 이론
뉴턴의 제2법칙을 임의의 검사체적에 적용하면 다음과 같은 운동량 방정식을 얻게 된다.

여기에서 는 밀도, V는 속도벡터, n은 검사표면에서 바깥을 향하는 단위수직 벡터이고 F는 검사체적에 포함된 모든 물체가 외부로부터 받는 힘 벡터이다. 또한 CV와 CS는 각각 검사체적과 검사표면을 뜻한다.
정상유동이고 밀도가 일정하며 검사표면에서 유체가 균일한 성질을 가지고 출입하는 (그림 2.1)와 같은 단순한 경우를 생각해 보자. 점선으로 둘러싸인 영역을 검사체적으로 설정하고 검사표면을 통해 유체가 유입하는 높이와 유출하는 표면의 높이의 차이가 작다면 그 사이 유동의 마찰손실을 무시할 때 베르누이방정식에 의하여 이 되고 (식 2.1)의 z-방향(중력의 반대 방향)의 식은 다음과 같이 표기된다.

<중 략>

2.5 토의 및 고찰
이번 실험은 유체의 유동이 물체에 부딪쳐 굴절됨으로써 발생하는 운동량의 변화와 물체가 받는 힘 사이의 관계를 알아보고, 이를 운동량 방정식을 이용하여 구한 값과 실험적으로 구한 값을 비교하여 운동량 방정식을 이해하는 실험이다. 노즐에서 나오는 유체를 추와 연결된 90°, 135°, 180°의 깃을 사용하여 굴절시키게 하고, 유량을 조절하여 깃이 받는 힘과 추의 무게가 평형이 될 때의 유량으로 실험값을 구하여 이를 이론적 값과 비교하였습니다. 이론적인 값과 실험값을 그래프에 도시하고 최소자승법으로 결과에 대한 추세선을 구했을 때 의 형태가 나왔으며 이상적인 값은 이다.

참고 자료

“기계공학실험 기초 및 응용” 저자 : 울산대학교 기계공학부 편저