단일구의 침강속도 예비

소개글

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목차

1. 실험 목적
2. 바탕 이론
3. 기구 및 시약
4. 실험 방법
5. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적
본 실험은 물과 Ethanol : Glycerin 1:1 용액을 혼합하여 뉴턴 유체를 제작하고, 구 형태의 특정한 기하하적 모양을 나타내는 물체를 활용하여 흐름이 없는 유체 내에서 침강하는 물체의 기하학적 특성에 따른 항력 및 항력계수 개념을 이해한다. 추가적으로 가속도가 0인 일정한 속도를 나타낼 때 침강속도를 파악하고, 이를 활용하여 레이놀즈수를 파악한다. 이때 파악된 레이놀즈수를 유체가 층류 범위에서 해당 레이놀즈수 범위에 따른 구 형태의 침강 물체에 대한 항력계수의 관계식을 활용하여 레이놀즈수에 범위에 따른 항력계수를 나타낸다. 최종적으로 층류 내에서 레이놀즈수와 입자의 기하가적 특성에 따른 항력 계수의 관계성을 이해한다.

2. 바탕 이론
①유체가 고체에 작용하는 항력의 개념
항력이란 유체의 흐름 방향성에 대하여 유체와 닿아 있는 고체에 유체가 미치는 힘의 개념을 나타낸다. 이때 뉴턴의 법칙에 의하여 뉴턴 유체 내에서 동일한 크기의 힘을 유체에 작용하게 된다. 이때 일반적으로 우리가 알고 있는 평행한 면을 가지고 있는 유관 내에서 유체가 유관에 미치는 항력의 경우, 유체의 흐름과 평행한 방향의 평면을 가지고 있을 경우, 항력은 단순히 벽에 나타는 전단응력만을 나타낸다.

<중 략>

3. 기구 및 시약
① 한 쪽 부분만 열려 있는 눈금이 있는 긴 투명한관 (2개)
제조한 유체를 집어넣고, 서로 다른 구를 떨어트려 해당 부분까지 통과하는 시간을 측정하여 속도 공식을 활용하여 입자의 침강 속도를 구한다.

②서로 다른 구
구의 직경과 비중을 서로 상이하게 변동하여 물체의 변동에 따른 속도와 레이놀즈수 및 항력계수의 관계성을 파악한다.

③비중병
제조한 용액의 밀도 값을 알아야 되므로, 해당 비중병을 통하여 제조한 뉴턴 유체의 밀도를 파악한다. 여러 종류의 비중병이 있지만 본 실험에서는 아래의 Figure 5와 같이 가장 보편적으로 활용되는 Gay-Lussac type의 비중병을 활용한다.

참고 자료

James O. Wilkes, 2008, 한산, “화학공학 유체역학”, 204~234p
Christie J. Geankoplis, 1997, 대웅, “화공단위조작”, 890~900p
‘단위 조작 이론 및 실험’ 세미나 PPT 및 실험노트
‘개수로 흐름에서 침강하는 전석의 이동특성’, 윤민우 중 제2장 2.1 자유낙하운동, 2.3유수중 유체의 침강
윤도영, 김민찬, 2003, 화학공학 유체역학, 도서출판 아진, 서울, 268~276P
Warren L. McCabe. julian C. Smith. Peter Harriott 단위조작 7th 2017, 133~146P
이화영 외 2명. 2005, 단위조작, 한국 맥그로힐. 133~137P, 142~144P