파이프 유동 실험(거친관, 급축소 급확대관)

소개

파이프 유동에서 파이프의 표면이 거친 경우와 직경이 급확대 또는 급축소 되는 경우 유동에서의 손실을 분석해보는 실험

목차

1. 실험 목표

2. 실험 이론
1) Moody Chart
2) 급확대,급축소관
3) 부차적 손실(Minor losses)

3. 실험 방법
1) 파이프 표면 거칠기 실험
2) 파이프 표면 거칠기 실험
3) 조별토의

4. 실험결과
1) 표면거칠기 실험
2) 급확대 축소 실험

5. 실험결과 분석 및 고찰
1) 조별 토의
2) 개인적 고찰

본문내용

1. 실험 목표
① 난류 유동에서 파이프 내부의 표면 거칠기에 따른 압력강하를 측정하여보고 그에 따른 마찰계수(Friction factor)를 계산하고 Moody-Chart에 Re에 따른 마찰계수의 그래프를 그려보고 같은 경향성을 가지는지 확인하여 봅니다.
② 급확대관과 급축소관의 손실계수()를 실험을 통해 계산하여보고 이론값과 비교하여봅니다.

2. 실험 이론
① Moody Chart
Moody chart는 우측 그림과 같이 원형파이프를 흐르는 유체의 Reynolds수와 파이프의 표면 거칠기, 마찰계수의 관계를 그래프로 나타낸 것입니다. 제일 좌측의 선형은 층류일 때의 그래프이고 우측의 곡선은 난류일 때의 상태입니다. Reynolds수가 커질수록 마찰계수는 Reynolds수에 무관하고 표면 거칠기에 따라 마찰계수가 바뀌는 특징을 확인할 수 있습니다. 그리고 도표로 읽었을 때 정확한 값을 읽기 어렵기 때문에 Moody chart를 수식화한 Haaland 식이 있고 이는 2%의 오차를 가집니다. 식은 다음과 같습니다.

< 중 략 >

3. 실험 방법
① 파이프 표면 거칠기 실험
표면 거칠기가 다른 두 개의 파이프에 대하여 유량을 바꾸어주며 유량, 유속, 압력차를 각각 측정하고 얻어낸 데이터를 통해 마찰계수를 얻어내고 Moody Chart에 데이터 점을 찍어 같은 경향성을 보이는지 확인하여 봅니다.

② 파이프 표면 거칠기 실험
급축소관과 급확대관에 대하여 위와 같은 과정을 거치고 이론값 과 실험값을 구해보고 비교하여 봅니다.

③ 조별토의
계산값을 바탕으로 Moody chart에 점을 찍어 경향성을 확인하여 보고 오차에 대한 토의를 조원들과 실시합니다.

< 중 략 >

5. 실험결과 분석 및 고찰
(1) 조별 토의
이번실험은 두 가지 실험을 하였는데 표면 거칠기가 다른 두 개의 파이프에 대한 실험과 급축소와 급확대 파이프에 대한 실험을 하였습니다.

참고자료

· Phillip M. Gerhart & Andrew L. Gerhart & John I. Hochstein, Munson's Fluid Mechanics 유체역학 제 8판(강동진 외 8명 옮김), 퍼스트북, 2018, pp. 378~379(입구길이), 405~408(직관손실), 409~410(Moody Chart), 411~416(급축소, 급확대관)
· https://en.wikipedia.org/wiki/Fanning_friction_factor (Fanning friction factor)