[유체역학실험]유체관로의 손실실험

소개

유체역학 실험 레포트입니다.
유체관로의 손실실험 레포트입니다.

목차

실험 결과 요약

유 체 공 학 실 험 보 고
1. 실험 목적

2. 실험 관련 이론
2.1. 관로속에서의 유체유동(Fluid Flow in Pipes)
2.2. 주손실
2.3. 단위
2.4. 층류유동
2.5. 난류유동
2.6. 레이놀즈 수
2.7. 부손실
2.8. 급격한 확대관에서의 손실
2.9. 급격한 축소관에서의 손실
2.10. 점진 확대관에서의 손실
2.11. 관의 상당길이

3. 실험장치 및 방법
3.1. 실험 장치
3.2. 실험 방법

4. 실험 결과 및 토의
4.1. 결과 데이터
4.2. 결과 그래프
4.3. 오차분석

5. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목적

유체 역학에서 가장 큰 문제 중 하나는 관 부속품에 대한 압력손실의 계산이다. 유체관로내의 주손실은 직선과 부분의 마찰에 의한 손실이고, 부손실은 파이프 입구, 곡관, 관부속품(Pipe fitting)등의 유동손실과 마찰에 의한 손실이다. 관로내의 손실은 층류 또는 난류에 따라 달라진다. 본 실험은 유체관로내의 주손실과 부손실을 관찰하고 그의 측정법을 숙지하며, 손실의 의미를 이해한다. 또한 유량의 변화에 따른 수두손실을 측정하여 Darcy 마찰계수를 구한다. 유속에 따른 각종 관 부속품에 대한 마찰손실을 측정함으로서 유체 수송의 원리인 기계적에너지의 적용방법 및 압력손실의 계산방법 등을 습득할 수 있다.

2. 실험 관련 이론

2.1. 관로속에서의 유체유동(Fluid Flow in Pipes)

기초방정식(비압축성유체)
: 운동 energy 수정계수 ⇐ 관 속 비압축성 유체 유동의 기본 방정식이다.
값은 유동형태(층류, 난류)와 난류유동에서는 경계면의 거칠기에 의해 결정됨
전단응력 τ는 관 중심으로부터 선형적으로 변한다. (층류, 난류 똑같이 적용)

(a) 와 (b)를 조합하면
⇒ τ와 f 의 관계을 정의
벽전단응력을 마찰계수, 밀도와 평균속도에 관계짓는 이 기초방정식에 있어서, 는 무차원이므로 는 속도의 차원들을 가져야 하며, 이것은 마찰계수와 평균속도에 관계된 마찰속도(friction velocity) 이고 다음에 의하여 주어진다.

그러나 마찰속도의 물리적 의미는 이 代數學적 정의에 의하여 나타나지 않고 단지 벽전단응력과 유체밀도만을 포함하는 속도이므로, 마찰속도는 유동제도(층류 또는 난류)가 어떠한 것이든, 경계면의 살결 (거칠기나 또는 매끈한) 에 관계없이 같은 방정식으로 규정된다.

2.2. 주손실

( : 전수두손실 , : 주손실 , : 부차적 손실 )
여기서 단면적이 일정한 파이프 내의 완전히 발달된 유동에 대한 부차적 손실()은 0이 다. 베르누이 방정식에 의해 전수두손실은

로 나타내어지고 완전히 발달된 유동이기 때문에 속도변화가 없다.
따라서, 이 된다.
부차적 손실이 없다고 했으므로 위의 식은 다음과 같이 된다.

참고자료

· 1.유상신,배신철,서상호, 유체역학 제4판, 희중당, 1994
· 2.Williams.Janna ,유체역학(Introduction to Fluid Mechanics)