고려대학교 기계공학실험II [A+학점, 분반 3등] Pipe Friction(관마찰)실험 결과보고서

소개글

고려대학교 기계공학실험2 Pipe Friction(관마찰)실험 결과보고서입니다.
2020년 2학기 기계공학실험2에서 분반에서 5등 이내의 총합성적을 받았으며, A+의 학점을 받았습니다.
제가 직접 만든 자료이므로 표절의 우려가 없습니다. 구체적으로 서술한 보고서입니다.

목차

0) Pipe friction 실험에 관한 간단한 설명
1) Describe the Darcy Weisbach equation.
2) Straight pipe loss experiment : Comparisons and investigation of friction loss head due to tube diameters.
3) Component loss experiment : Comparisons and discussions of loss coefficients based on valves.
4) Characteristics of gate valve, globe valve, ball valve research.
5) Analysis of error and cause
6) Suggest ways to improve the design of devices related to the theory learned in this experiment.
7) Venturi 관 내부에서 흐르는 유량 계산, 베르누이법칙, 질량보존법칙, 수두손실 차이 계산.

본문내용

점성이 있는 유체가 관 속 및 그 부속품을 흘러갈 경우, 마찰력이 생겨 유체는 저항을 받게 된다. 유체는 이러한 저항을 뚫고 흐르기 위해서 유체 자신이 가지고 있는 에너지를 잃으며, 그것이 압력 손실(Pressure loss)이 된다. 관 마찰(Pipe Friction)은 유체 마찰 손실 실험으로 각 부속품과 관 내경에 따른 압력손실 실험을 진행하는 실험이 된다.

Darcy Weisbach 방정식은 일정한 길이의 파이프에서 유체가 흐를 때 따르는 마차로 인한 압력 손실, 또는 수두손실과 비압축성 유체의 평균속도를 관련시키는 상태방정식이다.
위 식에서, h_f는 Friction loss head(m)로 마찰 손실 수두(m)를 뜻한다. P/γ는 Pressure head(m)로 압력 수두(m)를 뜻하며, λ는 Friction coefficient로 마찰 계수, l : Length of pipe(m)로 관의 길이, v는 Flow velocity(m/s)로 유속, d : Inner diameter of pipe(m)로 관 내경, g : Gravitational acceleration(m/s^2)로 중력 가속도를 의미한다

위 사진의 왼쪽, 오른쪽 사이드 호스에서 유체를 흘려줌으로써 유로의 기포를 제거해주는 과정이 중요한데, 기포가 존재하게되면 압력 차이에 의한 수두 손실을 볼 때 오차 원인이 될 수 있기 때문이다. 따라서, 사이드에 있는 밸브를 열었다 닫아주는 과정을 반복함으로써 기포를 제거한 후에 밸브가 열려있는 상태로 manometer 밸브를 열어주면 manometer에서 압력차에 따른 높이 차이가 발생해 높이 차이를 눈으로 측정해 실험값을 측정하는 시스템인데, 실제 실험에서 사이드 밸브를 열었다 닫아주는 과정을 반복했다 해도, 기포가 완전히 없어지지는 않고, 이는 Error를 유발하는 요인이 될 수 있다.

참고 자료

고려대학교 기계공학실험2 Manual
Munsons's Fluid Mechanics SI Version
Fluid Mechanics Fox McDonald PritChard Mitchell