[화공단위조작실험A+] 침강과 항력계수 실험

소개

"[화공단위조작실험A+] 침강과 항력계수 실험"에 대한 내용입니다.

목차

0. Title
1. Purpose
2. Principle
3. Apparatus and Reagents
4. Procedure
5. Results
6. Discussion
7. Reference

본문내용

1. Purpose
단일 구 입자의 침강 현상에서 유체의 점도와 항력계수와 입자 레이놀즈 수의 관계를 구한다.

2. Principle
1) 항력(Drag)[2]
유체가 흐르는 방향에서 유체가 고체에 미치는 힘을 항력이라고 한다. 뉴턴의 운동 제3법칙에 따르면 이 때 고체는 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 유체에 미치게 되는데, 만약 고체 벽이 흐름 방향과 평행이라면 벽 전단 τ_w가 유일한 항력이 된다. 그러나 일반적으로는 유체 중에 잠긴 물체의 벽은 흐름 방향과 어떤 각을 이루는데, 이 때는 벽 전단 중에서 흐름 방향 성분이 항력에 기여하게 된다. 또한, 유체 압력은 벽에 직각인 방향으로 작용하는데, 이 압력의 흐름 방향 성분도 항력에 기여한다. 따라서 면적 요소에 작용하는 전체 항력은 이 두 성분의 합이 된다.

<중 략>

6. Disccution
1) 실험 원리와 결과에 대한 정리
침강과 항력계수 실험은 단일 구 입자의 침강 현상에서 유체의 점도와 항력계수, 입자 레이놀즈 수의 관계를 구하는 것을 목적으로 한다. 4구간에서의 침강속도를 종말속도로 결정하여 레이놀즈 수가 1미만인 경우라고 가정하고, Stokes 법칙 영역에서 Stokes의 침강속도에 관한 식을 점도에 관한 식으로 바꾸어 액체의 점도를 구한 뒤 얻은 점도 값을 대입하여 레이놀즈 수를 구했다. 이에 계산한 입자 레이놀즈 수 실험값이 실제로 1미만인지 확인하고, 최종적으로 이에 따른 항력계수까지 구했다.
먼저 미리 7cm씩 5구간으로 나눈 2000ml 메스 실린더에 글리세린(glycerol-glycerin)을 가득 채워 준비했다. 우리가 실험에서 사용한 글리세린의 순도는 99%로, 실험값을 계산할 때에는 순도 100%로 취급하여 사용했는데, 실험 시 액체의 온도 기준 16℃에서의 글리세린의 점도는 각각 10℃, 20℃에서의 문헌값을 이용하여 보간법에 의해 24.06g/cm·s로 계산되었다.

참고자료

· 화공단위조작실험 교재 개정판-단조실험9침강rev
· Mccabe L. Warren 외 2명, McCabe의 단위조작 7th, McGraw Hill Education, p.133-137, p.143-150 (2017)
· N. E. Dorsey, Properties of Ordinary Water-Substance, New York, p.184 (1940)