[이동현상실험] 유출시간(Efflux Time) 결과레포트/고찰문제 포함

소개

안녕하세요 화학공학과 재학생입니다.
올리는 모든 자료는 직접 작성하여 제출했던 자료들이며
4년동안 실험과목 모두 A+ 성적을 받은 레포트입니다.
감사합니다:)

3학년 1학기 실험인 이동현상실험의 유출시간에 대한 결과레포트입니다!
총 11 페이지의 분량이며, 고찰문제 4가지에 대한 풀이가 포함되어 있습니다.

목차

1. 실험목적

2. 실험이론
(1) 층류(Laminar)
(2) 난류 (Turbulent)
(3) 베르누이 방정식(Bernoulli’s Equation)
(4) Hagen-Poiseuille’s Equation
(5) 층류에서의 유출시간
(6) 난류에서의 유출시간

3. 실험방법
(1) 수조에 연결된 유출 관의 길이와내경에 따른 유출 시간 측정
(2) 수조 안 유체의 종류와 유출되는 관의 내경에 따른 유출 시간 측정

4. 실험장치 및 준비물

5. 실험결과
(1) 실험결과 데이터
(2) 탱크로부터의 액체 유출 시간을 이론치와 실험치를 비교하시오. (이론치는 측정된 탱크의 높이변화로부터 계산할 수 있다.)
(3) 측정된 유체의 유출 속도로부터 점도를 간접적으로 계산해보고,이론값과 비교하시오.오차가 있다면 그 영향은 무엇인지에 대해 논의하시오.
(4) 10, 50℃의 순수한 물이 채워진 본 실험의 장치(H: 80cm, L: 60cm, h: 50cm, D: 20cm, Do: 2cm)에서 유출 시간에 따른 탱크 수면의 높이 변화에 대한 그래프를 도시하고 논의하시오. (난류라 가정한다.)
(5) (4)번에서 온도는 점도를 계산하는 변수임을 배웠다.온도와 점도의 관계는 선형인지 비선형인지 논의하고,각각의 개형에 대한 이유를 아는대로 설명하시오.

6. 참고문헌

본문내용

1. 실험목적
거시적인 에너지 수지 및 질량수지를 적용하여 탱크로부터의 액체의 유출 시간을 이론적으로 유도하여 보고 실험치와 비교하여 사용된 가정의 영향을 이해한다.

2. 실험이론
(1) 층류(Laminar)
: 층류란 유체가 평행한 층을 이루어 흐르며, 이 층 사이가 붕괴되지 않음을 의미한다. 유체가 매끄럽고 규칙적인 경로로 운동하는 흐름이며 난류와 대비된다. 속도가 느릴 때 유체는 측면 혼합이 없게 흐르게 되며 인접한 층이 다른 층을 지나서 흐른다. 이 경우에는 종단 흐름이나 소용돌이가 없다. 또한 유체의 어느 한 지점에서 여러 가지 유동 성질이 시간에 대해 일정한 값을 갖는다. 어떤 유동이 층류인지 난류인지를 구별하는 데에는 무차원 수인 레이놀즈 수가 중요한 인자로 사용되며, 관수로 흐름의 경우 이 값이 2100 이하이면 층류라고 한다. 개수로의 경우 레이놀즈 수가 500 이하이면 층류라고 정의하고, 이 때 관의 직경 대신 동수반경 R을 사용한다. 레이놀즈 수가 1보다 훨씬 작은 경우는 스토크스 유동(Stokes Flow)이 된다. 이는 층류의 극단적인 경우로서, 유동에서 관성에 의한 힘보다 점성에 의한 힘의 효과가 훨씬 큰 경우이다. 유체 동역학에서는 유체가 모멘텀 확산이 높고, 모멘텀 대류가 낮으며, 압력 및 속도가 시간에 무관한 유동을 층류라고 정의한다.

(2) 난류 (Turbulent)
: 난류는 불규칙하게 움직이며 서로 섞이며 흐르는 흐름이다. 이 경우에 한 점에서 속도의 크기와 방향이 계속해서 변화하므로 교차 혼합 흐름 및 소용돌이를 이루며 흐른다. 이는 층류와는 반대되는 개념이며, 유속이 빠르거나 장애물이 있을 때에 나타난다. 대부분의 유체 흐름은 난류의 형태를 가지지만, 유체 속을 움직이는 물체의 앞부분이나 관의 내면, 또는 점성이 큰 유체가 폭이 좁은 수로를 느리게 흐르는 경우처럼 물체의 표면과 매우 가까운 부분에서는 층류가 나타난다.

참고자료

· Jae-Duck Kim, Youn-Woo Lee, Myeong-Seok Song, Kyung-Ho Row, “Empirical Equation for Thermodynamic Physical Properties of Freon-23 and HFC-227ea”, T. of Korean Institute of Fire Sci. & Eng. Vol.16 NO.3, 16-25(2002)