예비레포트- 레이놀즈

목차

1.실험 목적
2.바탕이론
3. 기구 및 시약
4.실험 방법

본문내용

실험의 목적
유체가 관을 통하여 흐르는 모양을 관찰함으로써 흐름에 대한 유체의 층류와 난류 흐름의 개념을 이해하고 직접 관찰한 후 Reynolds Number를 계산하여 흐름과의 관련성을 살펴본다.

바탕 이론
(1) 유체(Fuild)
기체와 액체를 통틀어 이르는 말로써 동체 또는 유동체라고 하는데, 유체의 특징으로는 변형이 쉽고 흐르는 성질을 가지고 있으며 형상이 정해져 있지 않다. 유체의 흐름에는 층류와 난류가 있고 그 중간의 애매한 단계로써 전이영역, 또는 천이구역이 있다.

(2)층류(Laminar Flow)
유체가 매끄럽고 규칙적인 경로로 운동하는 유체 유동의 한 형태이다. 즉, 흐름이 비교적 완만하여 유선의 관벽에 평행해서 흐르고 서로 혼합되지 않는 것으로 유체의 어느 한 지점에서의 속도, 압력과 같은 여러 가지 유동 성질은 시간에 대해 일정한 값을 갖는데 수평의 평면에 대한 층류는 각각이 서로 평행인 얇은 층으로 이뤄진 것으로 생각할 수 있다. 곧은 관내에서 층류는 동심원을 이루는 여러 개의 유동원통이 서로 상대적인 운동을 하는 것으로 생각할 수 있는데 맨 바깥층은 관의 벽면에 부착되어 있으며 관의 중심쪽으로 갈수록 빠른 속도로 운동한다. 즉, 층류는 유동 경로의 단면이 비교적 작고 유동의 속도가 느리며 점성이 비교적 큰 경우에만 발생한다. 이번 실험에서는 가는 파이프에 물을 흘릴 경우, 잉크를 넣어 흐름의 상태를 관측하면 유속에 따라 레이놀즈수가 작을 때는 잉크의 흐름이 직선으로 나타나고, 물의 각 부분이 파이프 벽에 평행으로 움직이며 서로 섞이지 않음을 알 수 있다. 이러한 흐름이 층류이다.

(3) 난류(Turbulent Flow)
유체의 각 부분이 시간적이나 공간적으로 불규칙한 운동을 하면서 흘러가는 것을 말한다. 불규칙한 유체의 흐름을 난류라고 하며, 관성력이 점성력 보다 크고 점성력이 더 이상 유체의 임의적이고 빠른 변동을 억제할 수 없게 되기 때문에 낮은 점성계수(), 빠른 유속(V), 두꺼운 관(D)에선 층류유동상태가 불안정하여 난류로 변한다. 대기에서는 지상 1이하의 대기는 지표면과의 마찰 때문에 매우 복잡하고 불규칙적인 운동을 하게 된다.

참고 자료

James O.Wilkes, 2008.08.30, Mechanics for Chemical Engineers Second Edition,
with Microfluidics and CFD, Wilkes, ‘난류, Reynolds 응력의 물리적 설명’, p.503~510
노병준 외 2명, '최신 유체역학 2판', 동명사, p282 (2010)
화공단위조작 / 서명교 외 2명 저 / 대웅출판사(1999) / p56, 218