수리학실험 레이놀즈수 실험 결과보고서

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목차

1. 실험 목표
2. 실험 이론
3. 실험방법
4. 실험결과
5. 결론 및 고찰
6. 참고문헌
7. 실험결과 데이터를 정리한 엑셀 사진

본문내용

1. 실험목표
이번 실험의 목표는 유체의 흐름과 그 흐름을 지배하는 힘에 대해 이해하는 것이다. 이를 위해 레이놀즈 실험장치를 이용하여 유량에 따른 관수로 내의 층류, 난류 및 천이류 관찰을 통해 유체의 흐름에 대해 이해하고, 유체의 흐름 형태를 레이놀즈수와 연관지어 이해한다.

2. 실험이론
가. 개수로와 관수로
1) 개수로(Open Channel)의 흐름
- 대기압이 작용하는 자유 수면을 가지는 흐름
- 개수로의 흐름은 중력의 지배를 받음.
[프루드수(Froude number)에 따른 구분]
① 상류(Subcritical flow) : Fr<1, 개수로의 흐름에서 평균유속이 한계 유속보다 작은 흐름, 관성력보다 중력이 지배적인 흐름, 비교적 수심이 크고 유속이 작은 흐름

② 사류(super-critical flow) : Fr>1, 개수로의 흐름에서 평균유속이 한계 유속보다 빠른 흐름, 중력보다 관성력이 지배적인 흐름, 비교적 수심이 얕고 유속이 빠른 흐름

③ 한계류(critical flow) : Fr=1, 수심이 한계 수심이 될 때의 흐름
cf. 프루드수(Froude number) : 관성력과 중력의 비를 나타내는 수
(g : 중력가속도, h : 수심, v : 유속)

2) 관수로(Pipe Line)의 흐름
- 고체로 둘러싸인 단면 내에서 자유 수면을 갖지 않고, 물이 가득 차서 흐르는 흐름
- 관수로의 흐름은 압력의 지배를 받음.
- 관수로 내의 물의 흐름은 점성력과 관성력의 영향을 받고, 층류, 난류, 천이류로 구분됨.
cf. 점성력과 관성력
점성력 : 유체가 움직일 때, 점성으로 인해 흐름에 방해를 주는 힘
관성력 : 유체가 관성을 가지고 흐르려는 힘

[관성력에 대한 점성력의 비에 따른 구분]
① 층류(Laminar flow)
- 관성력에 비해 점성력의 크기가 커서 물의 흐름이 점성력의 지배를 받는 흐름
- 이웃하는 층과 층이 서로 매끄럽게 미끄러지듯이 흘러 입자들끼리 교란이 생기지 않는 흐름
- 뉴턴의 점성 법칙을 따르는 흐름
- 비교적 유속이 느릴 때 발생함.

참고 자료

수리학 / 이재수 / 구미서관 / 2007 / p.83-85, p.125-126, p.141-144
수리학 / 류희정 / 동화기술 / 2007 / p.79-80, p.127-131
유체역학 7판 / Munson, Okiishi, Huebsch, Rothmayer / 퍼스트북 / 2013 / p.520-523