[화학공학 전공실험]배관계의 유체 마찰손실 측정 실험

소개

(1) 여러 가지 직경을 가진 직관에서 유속변화에 따른 차압을 측정하고, 이와 관련된 Reynolds 수, 마찰계수, 압력손실두를 계산한다.
(2) 관 이음쇠 (45° elbow, 90° elbow, 90° bend, 유로의 갑작스런 확대, 유로의 갑작스런
팽창)에 의한 두 손실을 측정한다.
(3) 배관계 내의 valve류(gate, ball, globe)에 의한 두 손실을 측정한다.
(4) 유량측정장치(orifice, venturi, pitot tube)에 의한 두 손실을 측정한다.
(5) 측정된 두 손실에 의해 유출계수(discharge coefficient)를 산출한다.

목차

∙직관에서 유체의 표면마찰손실
∙흐름단면의 급격한 확대로 인한 마찰손실
∙흐름단면의 급격한 축소로 인한 마찰손실
∙관 이음쇠와 밸브류에 의한 마찰손실
∙유량측정장치에 의한 마찰손실
실험방법
결과및고찰

본문내용

∙직관에서 유체의 표면마찰손실
관 벽의 경계층에서 발생되는 마찰을 표면마찰(skin friction)이라 하며 경계층이 분리되어 후류(wake)가 형성되어 일어나는 마찰을 형태마찰(form friction)이라 한다. 유체가 직관 내를 흐를 때 나타나는 압력손실은 표면마찰 때문이다. 유체의 흐름이 난류인 경우, 압력 손실은 다음의 Fanning 식으로 계산된다.

-- 게이트 밸브
게이트 밸브에서는 유체가 흐를 수 있는 개구의 지름이 파이프의 지름과 거의 같으며, 흐름방향은 변하지 않는다. 따라서 많이연 게이트 밸브에서는 압력강하가 아주 적다. 디스크(disk)는 점점 좁아지는 모양인데, 같은 모양의 시트(seat)에 끼워진다. 이 밸브 를 열면, 디스크가 보닛(bonnet)으로 올라가 유체의 경로에서 완전히 벗어난다. 게이트 밸브는 유량 조절용으로는 사용하지 않는 것이 좋으며, 대개 완전히 개폐한다.
--- 글로브 밸브
처음 만든 것이 원형이었기 때문이 이렇게 부르는데, 유량 조절에 널리 쓰인다. 개구는 스템(stem) 위치에 따라 거의 선형적으로 증가하며, 위어(wear)가 디스크 둘레에 균등 하게 분포되어 있다. 유체는 제한된 개구 사이로 흐르면서 여러 번 방향이 바뀐다. 따라 서, 이러한 종류의 밸브에서는 압력손실이 크다.

--- 볼밸브
볼밸브(ball valve)에서는 밀봉요소(sealing element)가 원형으로서, 플러그 콕에 비하여 요소의 정렬(alignment) 및 “결빙‘(freezing)의 문제가 적다. 볼 밸브에서는 운동요소와 시트의 접촉면적이 크므로 조름(throttling) 목적으로도 사용할 수 있다. 볼 밸브는 유량 조절에 사용하기도 한다.

참고자료

· (1) MaCabe, W. L., et al, Unit Operations of Chem Eng., 6th edition., p 94 ～122,
· p. 220～225
· (2) http://www.happycampus.com/report/view.hcam?no=1006313