[공학]레이놀즈수

소개

1. 유리관을 흐르는 유체의 유동을 통해서 층류(laminar flow)와 난류(turbulant flow)의 차이점을 이해한다
2. Reynolds Number의 값이 갖는 물리적 의미를 이해하고 교과서의 내용과 실험내용을 검증한다

목차

레이놀즈 수
목적
이론
실험장치 및 기구
실험방법
결과

본문내용

레이놀즈 수

입자가 급격한 외력을 통하여 액체를 빨아들이면서 부풀게 되어 굳어지는 현상들이 일어날 때 유체 흐름의 상태를 특징짓는 무차원의 양을 말한다. 보통 유체 흐름의 관성력과 점성력의 비이다. 이 수는 유체의 밀도, 흐름의 속도, 흐름 속에 있는 물체의 길이가 클수록 커지고, 유체의 점성률에는 반비례한다. 영국의 공학자 레이놀즈(O. Raynolds; 1842∼1912)가 도입한 것이다.


층류와 난류의 구분척도의 무차원수
Re = ρvd /μ
위식에서 기호는 각각 다음과 같다.
층 류 : Re < 2,100
천이구역 : 2,100 < Re < 4,000
난 류 : Re > 4

벤투리관




유체(流體)의 유속(流速)을 측정하는 데 사용되는 관.
관의 단면적이 급격히 줄어들었다가 중앙부에서 최소단면적이 되고, 다시 관의 단면적이 완만하게 확대되는 구조이다. G.B.벤투리(1746~1822)가 고안하였다. 유속은 베르누이의 정리와 연속방정식을 이용하면 다음과 같이 주어진다.


여기서 v는 유체의 속도, A는 유체가 들어오는 입구의 관의 단면적,ρ는 유체의 밀도, a는 관의 출구 쪽의 단면적, ρ′는 압력계에 들어 있는 유체의 밀도, h는 단면적 A와 단면적 a에서의 압력계의 높이차이고, g는 중력가속도이다.

수차
물이 가지고 있는 운동 및 위치 에너지를 기계 에너지로 변환하여 동력을 발생 시키는 원동기를 수차라 함
물이 가지고 있는 위치 에너지를 모두 속도 에너지로 바꾸어 날개에 부딪히게 한 후, 그 충격력으로 날개차를 회전시키는 수차로서, 펠턴 수차가 대표적이다.
펠턴 수차는 물의 양이 적으나 고낙차(200∼2,000m)를 얻을 수 있는 곳에 적합하다. 작동 원리는 수압관으로 도입된 물의 유량을 제어하여 노즐을 통해 고속으로 분출시키고, 이 분류를 버킷에 부딪히게 하여 날개차를 돌려 동력을 얻는다
반동 수차는 물의 양은 많으나 낙차가 작은 곳에서 주로 이용되는 수차이다. 물의 위치 에너지를 속도 에너지로 변환시켜 날개에 충격을 줄뿐 아니라, 일부는 압력 에너지로 변환되어 날개에 반동력을 주어 날개차를 돌리는 수차로서, 프란시스 수차·프로펠러 수차 등이 있다.
프란시스 수차는 50∼530m의 낙차에서 주로 쓰이며, 프로펠러 수차는 3∼90m의 비교적 낙차가 작은 곳에 쓰이는데, 구조는 프란시스 수차와 같으나 날개차의 모양이 프로펠러 형태로 되어 있다.
카프란 수차 : 물의 운동에너지와 압력에너지를 동시에 이용하는 반동 수차로 수량과 낙차의 변화가 많은소수력발전에 적합

참고자료

· (1) 流體力學, 학문당, p54～56
· (2) 流體力學, 鄭承鉉 외 1명, 기전연구사, 1995, p154～156
· (3) 유체공학, Rouse Hunter, 1976, p229
· (4) Fluid Flow, R.H.Sabersky, p4～6
· (5) 점성유체 역학기초 p. 177～180 / 노오현 著 / 박영사