고려대학교 기계공학실험II 베르누이실험 결과 보고서

목차

1. Data Sheet

2. 결론 및 고찰
A. 관내 유동에 베르누이 방정식을 적용하였을 때 잘 적용되는가? 잘 적용되지 않는다면 그 이유는 무엇인가 ?
B. 주변에서 일어나는 유체의 흐름 중 베르누이 방정식을 이용하여 설명할 수 있는 하나의 예를 들어 설명 하여라.
C. 실험장치와 같이 펌프를 이용한 유체 공급 장치에서 return 방식을 사용하는 이유는 무엇인가?
D. 베르누이 방정식이 잘 적용되는 실험장치를 만들기 위해서는 어떤 점들이 개선되어야 하는가? 설계적인 관점에서 설명하여라.
E. 본 실험에서 배운 이론과 관련된 기기에 대한 설계 개선방안을 제안하시오.
F. 베르누이 방정식을 쓰고 각 항의 의미와 포괄적 의미 설명
G. 베르누이 정리를 적용하기 위한 가정

본문내용

1. Data Sheet

Velocity(U)는 실험에서 측정한 Total Head(H)와 Static Head(h)를 이용해 실제 유체의 속도를 구한 것이고, Velocity(V)는 각각의 고정된 Flow rate에서 변화하는 Duct 단면적에 따른 이론적인 유체 속도를 구한 것이다. 또한 Tap point 별로 실험값 U와 이론값 V를 비교한 값, 그리고 측정을 통해 구한 Total head(Measurement)와 Static head(h)에 이론값V를 더하여 구한 Total head(Calculation)를 비교한 값을 각각 Compare부분에 나타내었다.

2. 결론 및 고찰

A. 관내 유동에 베르누이 방정식을 적용하였을 때 잘 적용되는가? 잘 적용되지 않는다면 그 이유는 무엇인가 ?
베르누이 이론에 따르면 유선을 따라 Total head가 일정하기 때문에 Total head에서 Static head를 뺀 Velocity head는 Q/A식을 통해 구한 속도(V)에서의 Velocity head와 같은 값이 되어야한다. 하지만 위 Data Sheet에서 볼 수 있듯이 실제로 측정한 속도(U)가 이론적인 값보다 전반적으로 낮은 값을 가지는 것으로 확인되기 때문에 베르누이 방정식이 제대로 적용되지 않는다고 볼 수 있다.
베르누이 방정식이 적용되지 않는 주 이유는 이를 적용하기 위한 조건들을 충족시키지 못하였기 때문인데, 우선 첫 번째로 무 마찰 유동 조건을 만족시키지 못한다. 실제 실험 환경에 사용된 유체인 물이 점성효과를 지니고 있기 때문이다. 점성효과로 인해 관 내벽과 유체 사이에서 마찰이 발생하게 되고 이는 수두손실의 원인이 된다. 두 번째로 정상유동 조건이 있는데, 유동조건이 시간에 따라 변하지 않는 것을 의미한다. 실험에 사용된 펌프의 경우 정확하고 일정한 유량을 공급하지 못하는 것을 확인했다. 이는 실험에 사용되는 관 내부에서 유체의 속도가 일정하지 않았음을 의미하고, 시간에 따라 유동 조건이 변하기 때문에 비정상유동이라고 할 수 있다.

참고 자료

https://www.princeton.edu/
FAA(Federal Aviation Administration), Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge
Robert W. Fox, Fluid Mechanics, Ninth Edition, John Wiley & Sons
F.M. White, Fluid Mechanics, Seventh Edition, McGraw-Hill
M.M. Denn, Process Fluid Mechanics, Prentice-Hall