유체 마찰 손실/결과보고서/화학공학과/화학공학실험1/A+

목차

1. 실험 제목
2. 실험 목적
3. 실험 이론
4. 실험 방법
5. 실험 결과
6. 실험 고찰
7. 참고 문헌

본문내용

Ⅰ. 실험 제목
유체 마찰 손실 실험

Ⅱ. 실험 목적
유량 측정 장치, 배관의 급확대 및 급축소, 관 이음쇠 및 여러 가지 직경의 배관에서의 마찰손실을 측정하고 이론적 수치와 비교한다.

Ⅲ. 실험 이론
(ⅰ) 레이놀즈수(Reynolds number)
유체를 층류와 난류로 분류하는 척도가 되는 무차원의 수이다. 유체 흐름의 관성력과 점성력의 크기 비를 나타낸다. 일반적으로 레이놀즈수가 큰 유동을 난류, 작은 유동을 층류라고 부른다.
Re=ρ×V×Dμ=V×Dν

Re : 레이놀즈수
ρ : 유체의 밀도 (kg/m3)
V : 유체의 평균속도 (m/s)
D : 관의 직경 (m)
μ : 점성 계수 (kg/ms)
ν : 동점성 계수 (m2/s)

(ⅱ) 마찰손실
1) 직관에서의 유체 마찰 손실
직관은 관 그 자체와 부속품, 이음쇠에 의한 마찰이 일어나는 파이프이다. 유체가 관 내를 흐를 때 발생하는 마찰에는 표면마찰과 형태 마찰이 있다. 표면마찰은 관 벽의 경계층에서 발생하는 마찰로 유체가 직관 내를 흐를 때는 표면마찰 때문에 압력 손실이 발생한다.
➀ 층류일 때 직관에서의 유체 마찰 손실 (Re<2300)
hf=4×f×LD×u22gc
f(마찰 계수)=16Re
➁ 난류일 때 직관에서의 유체 마찰 손실 (3000<Re<3000000)
hf=4×f×LD×u22gc
f(마찰 계수)=0.0014+0.125Re0.32
2) 급확대 관에서의 유체 마찰 손실
hf = Ke×u22gc
Ke=(1-A1A2)2
급확대 배관에서는 물이 갑자기 작은 지름에서 큰 지름으로 유동할 때 와류와 박리로 인하여 큰 에너지 손실이 발생한다. 유로의 단면이 갑자기 확대되는 부분에서 흐름이 관 벽에서 분리되고 제트류처럼 확대 단면 속으로 분출한다. 이 제트는 팽창하여 큰 유로 단면 전체로 퍼진다. 팽창 제트와 유로 벽 사이의 공간에서는 경계층 분리의 특성인 와류 운동 유체가 차서 이 공간에 상당한 마찰이 발생한다.

참고자료

· Robert W. Fox, Fluid Mechanics 9판, WILEY(2018), p.273
· Wikipedia, “viscosity”, https://en.wikipedia.org/wiki/Viscosity, (2023.05.19.)
· Warren L. McCabe, 단위조작, McGrawHill(2017), p.101-107, 191-195
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· 고완석 외 4명, 단위조작 3판, 보문당(2014), p.56-67
· 이수경, 소방유체역학, 신광문화사(2015), p.81
· 삼진유니켐 홈페이지, http://www.samjinuc.com/bbs/board.php?bo_table=tl_product03&wr_id=38
· Wikipedia, “water”, https://en.wikipedia.org/wiki/Water, (2023.05.19.)