단일구의 침강속도측정

소개

이 실험에서는 중력 하에서 크기와 종류가 다른 단일구가 서로 다른 액체를 침강할 때 일어나는 현상을 이해하고 항력, 항력계수, Reynolds수와의 관계를 알아보고자 하였다.

목차

요약
키워드
1.실험목적
2.이론
3.실험장치 및 방법
4.실험결과 및 고찰
5.결론
6.사용기호
참고문헌

본문내용

2.1 항력 계수(Drag coefficient)

관이나 유로를 통한 유체 흐름에서는, 속도두 × 밀도에 대한 전단응력의 비로 정의되는 마찰계수가 유용하다. 잠긴 고체에 대해서는 마찰계수에 상응하는 항력계수(drag coefficient)가 유용하다. 흐르는 유체 중에 매끈한 구가 잠겨있고, 이 구에 접근하는 흐름은 고체 경계로부터 충분히 떨어져 있어서 유속이 균일하다고 하자. 흐름 방향에 직각인 평면에 직각인 평면에 대한 고체의 투영면적(projected area)을 로 표기한다. 구의 투영면적은 원의 면적과 같으므로, 지름을 라 하면 이다. 마찰계수 f를 와 속도두 × 밀도의 비로 정의한 것처럼, 항력계수 를 /와 밀도 × 속도두의 비로 정의한다.
여기서 = 물체에 접근하는 흐름의 유속( 는 투영면적 전체에서 일정하다고 가정)

입자의 형상이 구가 아니면, 그 크기와 기하학적 형태, 유체의 흐름 방향에 대한 배향(orientation)을 규정해야 한다. 중요한 기본 치수로는 특성 길이(characteristic)와 이 기준 치수에 대한 비를 사용한다. 입자가 원기둥형(cylinder)인 경우, 지름 D를 기준 치수로 사용하고, 특성 길이는 L/D 비로 나타낸다. 입자와 L인 원기둥에서 축이 흐름 방향에 직각으로 배향되었다면, 투영면적 = L가 된다. 실린더 축이 흐름 방향에 평행으로 배향된 경우에는 = 가 되어, 지름이 같은 구의 투영면적과 같아진다. 차원해석에 의하면, 비압축성 유체 중에서 매끈한 고체의 항력계수는 Reynolds 수와 형상비(shape ratio)에 따라 달라진다. 특성 형상인 경우,


형상과 배향이 다르면, 와 의 관계도 달라진다. Reynolds 수가 낮은 매끈한 구의 경우에는 대략적 이론식이 있지만, 일반적으로는 와 의 관계를 실험에 의해 구한다. 압축성 유체에서 Mach 수가 0.6 정도 이상일 경우에는, Mach 수에 따라 항력계수가 증가한다. 초음속 흐름의 항력계수는 일반적으로 아음속 흐름에 비해 크다

참고자료

· (1) Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriott, Unit Operations of Chemical Engineering, McGraw Hill Korea, 2005, P134~135,143.
· (2) 성기천,이진휘,김기준, 화학공학실험, 사이텍미디어, 2000, p405~407.