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[기계공학과] 제트충돌 실험 보고서 (유체 역학 실험)

유체공학 실험보고서실험 주제 : 제트충돌 실험실험 일시 : 16.10.27실험 조건 : 온도( 21.4℃), 습도(45%)실험 조원 : 유체실험(가)반, 5조Abstract제트는 분류라고도 하며 분출하는 증기나 액체의 속도가 빨라 증기터빈, 수력터빈 등의 원동기에 이용할 수 있다. 제트 엔진의 경우 이런 제트의 발전형이라고 볼 수 있으며, 제트기 혹은 로켓과 같은 분야에 이용될 수 있다. 이런 제트 충돌에 대해서 알아보기 위해서 실험을 진행하였으며, 실험은 3가지 형상의 물체 표면에 제트의 작용하는 힘을 실험으로 구하기 위함이다. 90 ˚ 평판, 120 ˚ 평판, 반구형 물체를 이용해 실험값을 구했으며, 결과적으로 팬의 질량이 증가하면 팬을 들어올리기 위한 제트 역시 증가해 유량이 증가하는 추세를 보였다. 90 ˚ 평판, 120 ˚ 평판, 반구형 물체를 비교해 보면 90 ˚ 평판, 120 ˚ 평판, 반구형 물체 순으로 힘이 더 적게 들어 같은 질량대비 유량이 적어짐을 알 수 있었다. 실험을 진행하면서 장비의 노후화로 인한 오차가 발생할 수 있는데 유량의 속도가 일정치 않으면 장비를 재설정 한 후 실험을 재개하여 오차를 줄였다.제트충돌 실험1. 실험 목적3가지 형상의 물체 표면에 제트에 의해 작용하는 힘을 실험으로 구하고 이론값과 비교한다. 90 ˚ 평판, 120 ˚ 평판, 반구형 물체를 이용해 실험값을 구한다.2)2. 실험 관련 이론제트를 분류라고도 한다. 분출하는 증기나 액체는 속도가 빠르므로 증기터빈, 수력터빈 등 원동기에 응용할 수 있다. 제트 엔진과 같은 경우 엔진 내부에서 연소시킨 고온의 가스를 분출함으로써 뉴턴의 세 번째 운동 법칙인 작용-반작용의 원리에 의해 추력을 얻는다.1) 이는 제트충돌 실험의 고차원적인 발전 단계라 할 수 있으며, 이 원리를 응용하여 제트엔진과 로켓 등을 제작할 수 있다. 운동량 방정식으로부터 Fy=ρQ(V-Vcosθ), V=Q/A를 얻을 수 있다.3. 실험장치 및 방법3.1 실험 장치제트충돌 실험 장치Fig. 1 제트충돌 실험 장치Fig, 1 과 같이 제트충돌 실험 장치는 Hydraulic Bench, 제트충돌 실험 장치, 스톱 워치를 준비한다. 실험장치의 연결부위 특히, Inlet pipe의 연결을 꼼꼼히 확인해 물이 분사되는 일이 없도록 주의한다.2)3.2 실험 방법제트충돌 실험Fig. 2 제트충돌 실험 진행 과정제트충돌 실험은 상판과 투명한 케이스를 제거한 후 노즐의 직경을 측정하고 타겟을 팬에 붙어 있는 로드 위에 부착한다. Inlet pipe를 Hydraulic Bench에 연결한 뒤 Inlet pipe의 연결정도를 반드시 확인한다. 수준기를 이용하여 실험장치를 수평으로 맞춘 후, 웨이트 팬의 선을 레벨 게이지에 맞춘다. 추를 이용해 웨이트 팬 위에 추를 얹어, Bench의 컨트롤 밸브를 작동시켜서 물이 유동되게 만든다. 레벨 게이지에 일치될 때까지의 유량을 조절한다. 일정한 체적이 증가하는 시간을 측정하여 수준계를 이용해 체적과 시간을 이요한 유량을 측정한다.2)4. 실험 결과 및 토의제트충돌 실험Table 1 반구형 물체 제트충돌 실험 측정자료Pan의 질량 (g)체적 (ml)시간 (s)유량(m3/s)100529.931.67*10-7200526.411.89*10-7300519.802.52*10-7400517.512.85*10-7500516.213.08*10-7Fig. 3 반구형 물체 질량-유량 그래프제트충돌 실험에서는 세 종류의 타겟을 가지고 실험을 진행한다. 90 ˚ 평판, 120 ˚ 평판, 반구형 물체를 이용하여 실험을 진행하는데, 우선 반구형 물체를 이용하여 실험을 하였을 경우 Pan의 질량이 100 g, 200 g, 300 g, 400 g, 500 g으로 증가함에 따라 유량 역시 1.67*10-7 m3/s, 1.89*10-7 m3/s, 2.52*10-7 m3/s, 2.85*10-7 m3/s, 3.08*10-7 m3/s로 증가하게 된다. 반구형 물체 질량-유량 그래프 Fig.3 과 같이 역시 이런 추세에 따라 선형적인 결과를 보인다.Table 2 120 ˚ 평판 제트충돌 실험 측정자료Pan의 질량 (g)체적 (ml)시간 (s)유량(m3/s)100533.171.50*10-7200521.282.34*10-7300518.382.72*10-7400514.163.53*10-7500512.164.11*10-7Fig. 4 120 ˚ 평판 질량-유량 그래프120 ˚ 평판에서는 Table 2와 같은 결과 값을 얻어서 질량에 따른 유량이 각 100 g, 200 g, 300 g, 400 g, 500 g에 따라 1.50*10-7m3/s, 2.34*10-7m3/s , 2.72*10-7m3/s , 3.53*10-7m3/s , 4.11*10-7m3/s 이다. 반구형 물체와 마찬가지로 질량이 증가할수록 유량이 증가하는 추세를 보이며 Fig. 4를 보면 선형적으로 두드러지게 나타난다. 반구형 물체에 비해 120 ˚ 평판에서는 같은 질량 대비 유량이 더 많음을 알 수 있다. 유량이 더 많다는 것은 같은 질량을 버티는데 있어서 힘이 더 많이 필요하다고 볼 수 있다.Table 3 90 ˚ 평판 제트충돌 실험 측정자료Pan의 질량 (g)체적 (ml)시간 (s)유량(m3/s)100519.392.57*10-7200513.933.58*10-7300510.734.65*10-740059.015.54*10-750057.716.48*10-7Fig. 5 90 ˚ 평판 질량-유량 그래프90 ˚ 평판에서는 질량이 100 g, 200 g, 300 g, 400 g, 500 g에서의 유량은 각각 2.57*10-7m3/s, 3.58*10-7m3/s, 4.65*10-7m3/s, 5.54*10-7m3/s, 6.48*10-7m3/s로 질량이 증가할 때마다 유량이 증가한다. Fig. 5와 같이 선형적인 결과를 볼 수 있으며 반구형 물체, 120 ˚ 평판, 90 ˚ 평판에서의 결과를 비교해 볼 때 같은 질량에서 유량은 90 ˚ 평판, 120 ˚ 평판, 반구형 물체 순이다. 따라서 같은 질량을 들어 올림에 있어서 힘의 크기는 90 ˚, 120 ˚, 반구형 물체 순으로 작아진다. 실험을 진행할 때 실험 장치가 오래되어 유량의 속도가 갑자기 현저히 떨어지는 현상을 볼 수 있는데 그럴 경우 다시 실험 장비를 정비 후 실험을 재개한다. 그렇지 않으면 오차의 원인이 될 수 있으며, 진동이나 눈금자의 측정오류로 인한 오차가 발생할 수 있다.

공학/기술| 2020.06.02| 5페이지| 1,000원| 조회(198)

유체역학, 유체공학실험, 제트충돌, 제트충돌 실험

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[기계공학과] 펌프의 연합운전 실험 보고서 (유체 역학 실험)

유체공학 실험보고서실험 주제 : 펌프의 연합운전 실험실험 일시 : 16.12.15실험 조건 : 온도( 21.4℃), 습도(45%)실험 조원 : 유체실험(가)반, 5조Abstract펌프의 연합운전 실험은 펌프를 직렬 운전 혹은 병렬 운전하였을 때 유량 변화에 따른 양정을 구하여 성능곡선을 그린다. 펌프의 연한운전에 대한 성능특성을 파악하여, 설계에 있어서 적합한 펌프를 선정 활용할 수 있다. 실험 장치의 경우 수조, 펌프, 압력계로 이루어져 있으며, 유량 측정을 위한 스톱워치가 부가적으로 사용되었다. 실험은 펌프 1과 펌프 2, 직렬 운전의 경우, 병렬 운전의 경우 이렇게 네 가지 유형에 대해서 진행되었다. 실험 측정값을 바탕으로 유량 변화에 따른 양정의 변화에 대해 성능 곡선을 그리고 이를 비교해보았다. 유량에 따른 양정의 변화는 전체적으로 감소하는 추세를 보이며, 직렬 운전의 경우 병렬 운전 보다 급격한 감소 추이를 볼 수 있었다.펌프의 연합운전 실험1. 실험 목적펌프의 연합운전 실험은 펌프를 직렬 또는 병렬 연결하였을 때 유량변화에 따른 양정을 구하여 성능곡선을 그린다. 또한 펌프의 연합운전에 대한 성능특성을 파악하여, 설계에 있어서 적합한 펌프의 연합 모델을 설계를 한다.1)2. 실험 관련 이론펌프의 연합운전 실험에서 펌프 성능은 회전속도, 토출량, 초수두, 수비동력, 효율 등이다. 펌프의 크기와 형식에 따라 펌프성능은 완전히 달라진다. 실험에 사용되는 원심 펌프는 한 개 또는 여러 개의 임펠러를 밀폐된 케이싱 내에서 회전시킴으로서 발생하는 원심력을 이용하여 액체의 펌프작용을 하는 펌프를 말한다. 효율이 높고 맥동이 적은 특징을 가지고 있다.2)3. 실험장치 및 방법3.1 실험 장치펌프의 연합운전 실험장치Fig. 1 펌프의 연합운전 실험 장치펌프의 연합운전 장치는 수조와 펌프, 압력계로 이루어져있다. 펌프의 경우 연결된 펌프를 조절하여 직렬과 병렬 펌프의 구조로 조절한다. 유량을 측정하기 위해서 스톱워치를 사용한다.1)3.2 실험 방법펌프의 연합운전 실험Fig. 2 펌프의 연합운전 실험의 진행과정펌프 1과 펌프 2의 각각 단독으로 운전했을 경우의 유량을 측정한다. 흡입압력과 토출압력을 측정한다. 토출압력의 경우 압력계를 이용해 측정할 수 있다. 위의 실험과 마찬가지로 직렬과 병렬일 때의 펌프의 유량과 흡입압력과 토출압력을 측정한다. 그 후 측정값을 바탕으로 성능곡선을 그린다.4. 실험 결과 및 토의펌프의 연합운전 실험Table 1 펌프의 연합운전 펌프1, 펌프2 실험 측정 값123456펌프 1체적 (L)011555시간 (S)019.742.768.874.503.62유량(m3/s)00.000050.000360.000560.001110.00138토출압력(Kgf/cm2)2.62.52.22.01.40.2양정2.652.552.242.041.430.2펌프2체적 (L)011555시간 (S)05.352.407.085.974.70유량(m3/s)00.000190.000420.000710.000840.00106토출압력(Kgf/cm2)2.62.4201.61.20.2양정2.652.452.041.631.220.2Fig. 3 펌프 1, 2의 양정 그래프Table 2 펌프의 연합운전 직렬 병렬 운전 실험 측정 값123456직렬체적 (L)015555시간 (S)02.887.106.104.624.26유량(m3/s)00.000350.000700.000820.001080.00117토출압력(Kgf/cm2)5.04.03.42.61.80.2양정5.14.083.472.651.830.20병렬체적 (L)011555시간 (S)05.621.063.082.681.68유량(m3/s)00.000180.000940.001620.001870.00298토출압력(Kgf/cm2)2.62.52.21.81.40.3양정2.652.552.241.831.430.31Fig. 4 직렬 운동-병렬 운동 양정 그래프펌프의 연합운전 실험에서는 펌프의 성능곡선을 알아보기 위해서 유량 변화에 따른 양정을 보았다. 펌프 1, 펌프 2의 각각의 유량에 따른 양정변화를 알아보았으며, 펌프를 직렬 운동 시켰을 때와 병렬 운동을 시켰을 때로 나누어 총 4가지 유형에 대해서 실험을 진행하였다. Table 1을 통해서 펌프 1과 펌프 2의 실험을 기반으로 한 측정값을 알 수 있다. 펌프 1과 펌프 2는 Fig. 3을 통해서 유량변화에 따른 양정의 변화를 볼 수 있는데, 두 펌프 모두 유량이 증가할수록 양정이 감소하는 형태로 하락형의 곡선을 보임을 알 수 있었다. 직렬 운동과 병렬 운도에 대한 측정값은 Table 2를 통해서 알 수 있다. Table 2를 바탕으로 Fig. 4의 직렬 운동, 병렬 운동의 유량변화에 따른 양정의 변화를 알 수 있다. 유량이 증가할수록 직렬 운동과 병렬 운동 모두 양정이 감소하는 추세를 보이며, 직렬 운동의 경우 병렬 운동보다 급속히 감소하는 것을 알 수 있다. 실험을 진행하면서 오차의 발생 원인으로는 수조의 물의 양이 부족해 일정하지 않은 유량이 측정된 경우가 있을 수 있다. 또한 모터의 노후화로 인한 펌프 성능에 있어서 일정하지 않은 것 역시 오차의 원인으로 들 수 있겠다.

공학/기술| 2020.06.02| 5페이지| 1,000원| 조회(171)

유체역학, 펌프, 유체공학실험, 연합운전, 폄프의 연합운전 실험

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[기계공학과] 유체관로의 부손실 실험 보고서 (유체 역학 실험)

유체공학 실험보고서실험 주제 : 유체관로의 부손실 실험실험 일시 : 16.10.13실험 조건 : 온도( 21.4℃), 습도(45%)실험 조원 : 유체실험(가)반, 5조Abstract유체가 흐르는 관로 내에는 직선관 부분의 마찰에 의한 손실인 주손실과 파이프 입구, 곡관, 관부속품 등의 유동손실과 마찰에 의한 손실인 부손실이 존재한다. 관로 내의 손실은 층류 또는 난류에 따라 달라지는데, 본 실험에서는 유체관로 내의 부손실을 관찰하고 손실의 의미를 파악하는 것이 목적이다. 세 차례의 실험을 진행하였으며 유체관로 부손실 실험 장치를 이용해 실험하였다. 실험 장치는 전원장치 및 수조와 확대관, 축소관, 마이터관, 멜보, 단곡관, 장곡관와 같은 파이프로 구성되어 있으며, 부손실량 계산을 위한 마노미터가 존재한다. 실험결과 부손실 계수 K를 측정함으로써 각 파이프에서 발생하는 손실의 정도를 예측할 수 있었으며, 평균적으로 마이터관, 멜보, 단곡관, 축소관, 장곡관, 확대관 순으로 손실의 정도가 작아짐을 알 수 있었다. 오차원인으로는 마노미터 내의 공기, 마노미터 측정 오류, 유량을 측정하기 위한 시간 측정의 오류 등이 있을 수 있으므로 주의한다.유체관로의 부손실 실험1. 실험 목적유체관로내의 주손실은 직선관 부분의 마찰에 의한 손실이고, 부손실은 파이프 입구, 곡관, 관부속품등의 유동손실과 마찰에 의한 손실이다. 그 중 유체관로내의 확대관과 축소관, 관부속품의 부손실을 실험적으로 측정하여 손실의 의미를 파악한다.3)2. 실험 관련 이론유체관로 내에서는 주손실과 부손실이 발생한다. 주손실이 직선관 부분의 마찰에 의한 손실이라면, 부손실은 파잎으 입구, 곡관, 관부속품등이 유동손실과 마찰에 의한 손실이다. 관로내의 손실은 층류 또는 난류에 따라 달라진다.1)실험에서는 유체관로내의 부손실을 관찰하고 그의 측정법을 숙지하며, 손실의 의미를 이해한다. 부손실 계수 K를 구함으로써 유속의 변화에 따른 손실 특성을 알 수 있다. Hlm=KV2/2g=fLeV2/Dh2g를 통해서 실험적으로 결정되는 손실계수 K의 값을 구할 수 있다.3. 실험장치 및 방법3.1 실험 장치유체관로 부손실 실험 장치Fig. 1 유체관로 실험장치Fig. 1과 같이 유체관로 부손실 실험 장치는 확대관, 축소관, 마이터관, 멜보, 단곡관, 장곡관과 같은 파이프들이 각각 연결되어 있다. 각각의 관의 부손실량의 계산을 위해 필요한 측정 장비인 마노미터가 연결되어 있으며, 두 개의 마노미터를 통해 하나의 관의 전 후 에너지차를 알 수 있다. 관 직경의 경우 0,0196 m이며 Long Bend의 곡률과 Short Bend의 곡률은 각각 0.0912 m와 0.0456 m 이다.3.2 실험 방법유체관로 부손실 실험Fig. 2 유체관로 부손실 실험 전원 장치와 실험 장치유체관로 부손실 실험은 먼저 수조에 물을 채우고 전원장치를 연결한 후 전원을 넣는다. 관로내에 공기가 존재하면 오차 원인이 될 수 있기 때문에 밸브를 완전히 개방하여 관로 내 공기를 제거한다. 밸브를 이용하여 유량과 관로 내 압력을 적절히 조정한 후 공기 흡입 나사를 이용하여 마노미터에 공기를 유입시킨다. 유량을 일정하게 유지한 후 손실에 의한 수두차를 액주계에서 읽어 기록한다. 수조의 마개를 막은 후 유량측정 게이지와 스톱워치를 이용하여 유랑을 구한다. 5 L를 기준으로 유량과 속도를 구한다. 유량을 바꿔가면서 실험하여 결과 값을 측정한다.4. 실험 결과 및 토의유체관로의 부손실 실험Table 1 유체관로의 부손실 실험 측정 값 1Fitting확대관축소관마이터관멜보단곡관장곡관마노미터H1[m]0.2670.2450.1970.2400.2560.272마노미터H2[m]0.2730.2570.1740.2220.2460.266손실헤드H1-H2[m]-0.006-0.0120.0230.0180.0100.006시간[s]42.0842.0842.0842.0842.0842.08체적V[l]555555유량Q[m3/s]0.00010.00010.00010.00010.00010.0001속도V[m/s]6.76*10-83.842*10-83.842*10-83.842*10-83.842*10-83.842*10-8V2/g4.65*10-161.51*10-91.51*10-91.51*10-91.51*10-91.51*10-9K2.48*101315.8*101330.4*101323.8*101313.2*10137.94*1013부손실 계수 K를 구하기 위해서 측정한 마노미터와 시간의 값으로 유량과 속도를 구했다. 확대관, 축소관, 마이터관, 멜보, 단곡관, 장곡관 모두 유량은 0.0001 m3/s로 나타났으며, 속도 값은 확대관은 6.76*10-8 m/s으로 나타나고 나머지 관은 모두 3.842*10-8 m/s으로 나타났다. 손실헤드 Hlm과 속도와 중력가속도를 이용해 부손실 계수K를 구하면 확대관은 2.48*1013, 축소관은 15.8*1013, 마이터관 30.4*1013, 멜보 23.8*1013, 단곡관 13.2*1013, 장곡관 7.94*1013으로 부손실 계수 K의 값은 마이터관, 멜보, 축소관, 단곡관, 장곡관, 확대관 순으로 낮아졌다. 실험 1의 결과로 볼 때 손실의 정도가 큰 순서는 마이터관, 멜보, 축소관, 단곡관, 장곡관, 확대관 순임을 알 수 있다.Table 2 유체관로의 부손실 실험 측정 값 2Fitting확대관축소관마이터관멜보단곡관장곡관마노미터H1[m]0.2890.2610.1910.2510.2740.295마노미터H2[m]0.2960.2750.1570.2210.2600.288손실헤드H1-H2[m]-0.007-0.0140.0340.0300.0140.007시간[s]36.5136.5136.5136.5136.5136.51체적V[l]555555유량Q[m3/s]0.00010.00010.00010.00010.00010.0001속도V[m/s]6.76*10-83.842*10-83.842*10-83.842*10-83.842*10-83.842*10-8V2/g4.65*10-161.51*10-91.51*10-91.51*10-91.51*10-91.51*10-9K3.01*101318.5*101345.0*101339.7*101318.5*10139.27*1013Table 2의 결과, 실험 2에서는 실험 1에서와 같이 실험을 하였지만 유량과 속도의 차이가 거의 없어 부손실 계수 K 역시 비슷한 값을 보인다. 다만 마노미터 상의 차이로 인해서 근소한 차이를 보이는데 부손실 계수 K의 값이 확대관의 경우 3.01*1013, 축소관 18.5*1013, 마이터관 45.0*1013, 멜보 39.7*1013, 단곡관 18.5*1013, 장곡관 9.27*1013의 값을 보인다. 따라서 손실 정도가 큰 순서는 마이터관, 멜보, 단곡관, 축소관, 장곡관, 확대관 순임을 알 수 있다.Table 3 유체관로의 부손실 실험 3Fitting확대관축소관마이터관멜보단곡관장곡관마노미터H1[m]0.3490.3430.1610.2780.3230.361마노미터H2[m]0.3640.3240.950.2290.2920.349손실헤드H1-H2[m]-0.015-0.0190.0660.0490.0310.012시간[s]23.3823.3823.3823.3823.3823.38체적V[l]555555유량Q[m3/s]0.00020.00020.00020.00020.00020.0002속도V[m/s]13.52*10-87.68*10-87.68*10-87.68*10-87.68*10-87.68*10-8V2/g18.6*10-166.01*10-166.01*10-166.01*10-166.01*10-166.01*10-16K1.61*10136.32*101321.9*101316.3*101310.3*10133.99*1013Table 3의 겨로가 실험 3에서는 유량이 증가했으며, 유속 역시 증가하였다. 이에 따라 부손실 계수 K의 값을 구해보면 확대관의 경우 1.61*1013로 나타나며 축소관 6.32*1013, 마이터관 21.9*1013, 멜보 16.3*1013, 단곡관 10.3*1013, 장곡관 3.99*1013이다. 손실의 정도가 큰 순서는 마이터관, 멜보, 단곡관, 축소관, 장곡관, 확대관 순이며 실험 2와 같은 값을 보인다.

공학/기술| 2020.06.02| 5페이지| 1,000원| 조회(200)

유체역학, 유체관로, 유체공학실험, 부손실, 유체관로의 부손실 실험

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[기계공학과] 유체성질 측정 실험 보고서 (유체 역학 실험)

유체공학 실험보고서실험 주제 : 유체 성질 측정 실험실험 일시 : 16.09.29실험 조건 : 온도( 21.4℃), 습도(45%)실험 조원 : 유체실험(가)반, 6조Abstract지구의 물질 중 대다수를 차지하는 유체의 성질을 알아보기 위한 실험을 진행하였다. 유체의 성질 중에서도 비중, 밀도, 점도, 모세관 상승효과, 표면장력을 측정하는 실험을 하였으며, 이를 바탕으로 우리 주변에서 접할 수 있는 유체(물, 우유, 세제)의 특성을 알 수 있었다. 밀도를 측정하기 위해서 하이드로미터와 피크노미터를 사용하였다. 측정된 비중으로 유체의 밀도를 알 수 있었다. 하이드로미터를 이용한 실험의 경우 시험관에 유체를 담아 하이드로미터의 눈금을 이용해 정확한 비중을 측정할 수 있었으며, 피크노미터의 경우 질량 / 부피 = 밀도의 식을 바탕으로 밀도를 구할 수 있었다. 액체의 질량과 부피를 구해 밀도를 구한다. 점도계를 이용한 실험에서는 쇠구슬의 유체내의 속도를 이용해 점도를 구할 수 있었다. 본 연구에서는 물과 세제를 비교대상으로 실험을 진행하였으며, 물 저점도를 가지고 세제는 물에 비해 상대적으로 높은 점도를 지니고 있음을 알 수 있었다. 모세관 실험을 통한 결과 모세관 구멍의 지름이 커지면 커질수록 모세관 상승 높이는 적게 나타났다. 표면장력 실험에서는 슬라이드 글라스 위에 물, 우유, 사과주스를 스포이드로 떨어트려 슬라이드 글라스에서의 표면장력을 육안으로 관측하였으나, 육안으로 정확한 표면장력을 측정하기 어려움이 있었다.유체 성질 측정 실험1. 실험 목적1. 하이드로미터를 이용한 비중 측정 실험: 비중을 측정하여 밀도를 측정하기 위함이다. 각 물질마다 다른 비중 값을 가지는 특징을 이용해 밀도를 측정하고 다양한 유체의 밀도를 측정한다.2. 피크노미터를 이용한 비중 측정: 피크노미터를 이용해 비중을 측정하고, 물질마다 다른 비중 값을 이용해 밀도를 구한 후 유체간의 밀도를 비교해본다.3. 점도계를 이용한 점성 측정: 점도계를 이용해 액체의 점성을 측정한다.4. 모세관을 한다.5. 표면장력 실험: 슬라이드 글라스에 서로 다른 액체를 도포해 표면 장력의 차이를 관측한다.2. 실험 관련 이론비중을 측정함에 있어서 피측정물이 고체, 액체, 기체에 따라 여러 가지 방법이 있다. 그 중 액체의 비중을 측정하는 실험에는 액체비중계를 사용하며, 비중계라 칭함은 일반적으로 액체비중계를 가리키는 경우가 많다. 이런 액체비중계의 경우 아르키메데스의 원리를 이용해 물체의 질량과 그것이 액 속에 있을 때 받는 부력으로부터 액체의 비중을 측정하는 형식이다. 아르키메데스의 원리라 함은 물체를 유체에 넣었을 때 물체가 받는 부력의 크기가 물체의 부피와 같은 양의 유체에 작용하는 중력의 크기와 같다는 원리이다. 부력의 원리라고도 하며, 유체 속에 정지해 있는 물체는 중력과 반대방향으로 부력을 받는다. 부력은 물체 주위의 유체가 물체에 미치는 압력의 합리아고 할 수 있는데 힘의 크기는 물체를 유체로 바꾸었을 때 작용하는 중력의 크기와 같다.점도 측정 실험의 경우 점도계를 사용한다. 점도계는 액체의 점도를 측정하기 위해 사용하는 장치로 고분자용액의 고유점도를 결정하기 위해 희박용액의 상대점도 측정에 이용하는 경우가 많다.모세관 현상은 액체 속에 폭이 좁고 긴 관을 넣었을 때, 관 내부의 액체 표면이 외부의 표면보다 높거나 낮아지는 현상을 일컫는다. 액체의 응집력과 관과 액체 사이의 부착력에 의한 현상으로 수조에 담긴 물에 가는 관을 넣으면 관을 따라 물이 올라오게 되고, 수은의 경우 관을 넣으면 더 내려가게 된다.표면장력은 액체의 자유표면에서 표면을 작게 하려고 작용하는 장력을 말한다. 물질마다 다른 표면장력을 가지고 있으며, 액면 부근의 분자가 액체 속의 분자보다 위치에너지가 크기 때문에 액체는 표면적에 비례하는 표면 에너지를 가지고, 이로 인해 표면장력이 생긴다. 또한 표면 특성에 따라 표면장력이 두드러지게 보여 질 수 있는데, 초발수 혹은 소수성 표면에서는 물과의 친화력이 떨어지기 때문에 물이 보다 더 응집되는 것을 볼 수 있다. 반대로 친수성 표면에서.3. 실험장치 및 방법3.1 실험 장치1. HydrometerFig. 1 세제와 우유의 비중측정을 위해 사용된 하이드로미터하이드로미터의 경우 액체의 비중을 측정하기 위한 장비로 시험관과 비중을 측정하려는 액체, 하이드로미터가 필요하다. 하이드로미터는 측정하려는 액체에 담그면 부력으로 인해 뜨고 떠있는 상태로 정지하면 액체의 표면과 맞닿아 있는 눈금으로 측정이 가능하다.2. PycnometerFig. 2 피크노미터의 질량 측정을 위한 과정피크노미터의 경우 액체의 비중을 측정하기 위한 장비로 피크노미터를 이용한 액체의 질량과 피크노미터의 부피를 이용해 밀도를 측정할 수 있다. 질량/부피라는 기초적인 식을 바탕으로 밀도를 쉽게 구할 수 있다.3. Viscometer점도계의 경우 점도를 측정하기 위한 장비로 쇠구슬을 이용해 점도계 내의 액체 점도를 측정한다. 쇠구슬의 지름을 알고 쇠구슬이 액체 내에서 낙하하는 시간을 이용해 액체의 점도를 알 수 있다.4. Capillary tubeFig. 3 모세관 튜브모세관의 경우 모세관 현상을 관측하기 위한 장비로 모세관의 지름의 크기가 다른 5개의 모세관이 준비되어있다. 지름의 크기가 다름에 따라 모세관 상승효과가 다르게 관측된다.5. Surface tensionFig. 4 액체의 표면 장력 실험표면장력의 경우 슬라이드 글라스와 다른 종류의 액체를 준비한다. 슬라이드 글라스에 스포이드로 액체를 떨어트려 액체의 표면장력을 측정할 수 있다.3.2 실험 방법1. 하이드로미터 비중 측정 실험하이드로미터를 이용한 비중 측정 실험방법으로는 우선 시험관과 하이드로미터, 측정하려는 액체(물, 우유, 세제)를 준비한다. 가장 먼저 물을 시험관에 일정량 넣어서 대략적인 비중 값을 알기 위한 하이드로미터를 시험관에 넣어 띄운다. 대략적인 비중의 범위를 측정한 후 더 세밀한 비중을 측정하기 위해 범위의 폭이 적은 하이드로미터를 물에 띄운다. 하이드로미터가 정지하면 액체의 표면에 맞닿아있는 하이드로미터의 눈금을 읽어서 측정한다. 액체를 바꿔가면서 동실험빈 피크노미터의 질량을 우선적으로 측정한다. 그 후 피크노미터에 액체(물, 우유)를 넣어 액체가 들어있는 피크노미터의 질량을 측정한다. 피크노미터의 체적과 액체의 질량을 이용해 밀도를 측정한다. 빈 피크노미터의 질량을 측정하고, 피크노미터에 물을 가득 채운 후 마개를 닫는다. 보다 정확한 액체의 질량을 측정하기 위해서 마개를 닫은 피크노미터를 뒤집어 과량의 물을 제거한다. 그 후 물이 들어있는 피크노미터의 질량을 측정한다. 피크노미터의 부피를 바탕으로 밀도 값을 구한다. 동일한 방법으로 우유의 밀도를 구한다.3. 점도계를 이용한 점도 측정점도계를 이용해 점도를 측정하기 위해서 시험관과 쇠구슬, 액체(물, 세제)를 준비한다. 시험관에 점도를 측정하기 위한 액체를 시험관에 채운다. 쇠구슬의 크기를 계산한다. 측정 범위를 설정 후 시험관에 쇠구슬을 떨어트려 쇠구슬이 범위를 통과하는 시간을 측정한다. 측정한 값들을 바탕으로 교안의 식을 이용해 점도를 측정한다. 점도 측정을 위한 쇠구슬의 측정한다. 그 후 시험관에 물을 채우고 측정을 위한 범위를 설정한다. 시험관에 쇠구슬을 낙하시켜 시험관 범위를 통과하는 시간을 측정한다. 교안의 식을 바탕으로 점도를 측정한다. 동일한 방법으로 우유의 점도를 측정한다.4. 모세관 현상 실험비커에 측정하려는 액체(물)을 채운 후 다른 모세관 구멍의 지름을 가진 모세관을 준비한다. 각각의 모세관으로 모세관 상승효과를 측정해 모세관 구멍의 지름 크기에 따른 결과 값을 비교한다.5. 표면장력 실험슬라이드 글라스에 다른 종류의 액체(우유, 물, 사과주스)를 스포이드로 떨어트린다. 각기 다른 액체의 표면장력을 관측한다.4. 실험 결과 및 토의1. 하이드로미터를 이용한 비중 측정 실험Table 1 하이드로미터를 이용한 비중 측정 결과LiquidScale reading=Specific gravity, s물0.98우유1.026세제1.006하이드로미터를 이용해 물과 우유, 세제의 비중을 각각 측정하였다. 측정결과 물의 비중은 0.98로 물의 이론적 26의 값을 가지는데 이론적으로 알려진 우유의 비중은 1.027-1.035로 평균적으로 1.032이며 실험값에서 이론값과 유사함을 알 수 있었다. 세제의 경우 실험 결과 비중이 1.006의 값을 보였으며, 상품마다 비중의 차이가 크기 때문에 비교가 적당치 않다. 실험값이 이론값과 오차를 보이는 이유는 온도의 차이와 공기의 유동으로 인한 하이드로미터의 진동에서 오는 측정 오차가 있을 수 있으며, 우유와 세제의 경우 성분의 차이에 따라 차이가 발생할 수 있다. 특히 우유 같은 경우 유통기한이 지난 우유를 사용해 성분의 변화가 있었을 것으로 예상되며 이와 같은 상황이 오차의 원인이 될 수 있다.비중의 실험값을 바탕으로 밀도를 구하면, 물의 경우 [물의 비중]*[물의 표준밀도]=[물의 밀도]임을 이용해 998.20 * 0.98 = 978.236 kg/m3으로 얻어진다. 물의 경우 이론적으로는 1000 kg/m3알려져 있는데 앞서 언급한 오차 원인이 이론값과 실험 결과 얻어진 밀도의 값이 다른데 영향을 주었음을 알 수 있다.2.피크노미터를 이용한 비중 측정Table 2 피크노미터를 이용한 측정 결과액체watermilkMP30 g30 gMP+L79 g80.5 gML49 g50.5 gVP50 ml50 mlρ980 kg/m31010 kg/m3피크노미터의 질량 측정 결과 MP = 30 g, 피크노미터와 액체의 질량은 물과 우유가 각각 MP+L(water) = 79 g, MP+L(milk) = 80.5 g으로 측정되었다. 이를 바탕으로 ML(water) = 49 g, ML(milk) = 50.5 g임을 알 수 있으며, 주어진 교안에 의해 피크노미터의 부피가 50 ml임을 알 수 있다. [밀도] = [질량] / [부피]의 식을 바탕으로 밀도를 구할 수 있다. 그 결과 물의 밀도는 980 kg/m3, 우유의 밀도는 1010 kg/m3으로 측정된다. 물의 이론적인 밀도 1000 kg/m3와는 다소 차이를 보이는데, 오차 원인으로는 피크노미터에 물을 채울 때 정량이 아닌 양이 들어갔을다.

공학/기술| 2020.06.02| 7페이지| 1,000원| 조회(136)

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[기계공학과] 외부유동 실험 보고서 (유체 역학 실험)

유체공학 실험보고서실험 주제 : 외부유동 실험실험 일시 : 16.12.15실험 조건 : 온도( 21.4℃), 습도(45%)실험 조원 : 유체실험(가)반, 5조Abstract외부유동 실험은 실생활에서 많이 활용되는 외부유동을 실험적 방법을 통해 알아보기 위해서 유체 내에서 물체의 움직임에 대해 다룬다. 실험에서는 물체 주위의 압력과 속도분포를 구하고 항력을 계산한다. 실제 항공기와 같은 물체의 공기중의 운동은 유동정보를 이론적으로 계산하기 힘들어 실험적으로 구한다. 실험방법은 풍동실험 장치를 작동시켜 원기둥 표면에서이 속도와 압력을 측정하고 각도에 변화를 주어 측정한다. 300 rpm, 600 rpm, 900 rpm에서 실험을 진행하였다. 실험 결과 θ와 Cp, CpCOSθ의 관계를 알 수 있었으며, 선형적인 그래프로 나타남을 알 수 있었다. 또한 이론값을 구해보니 θ와 Cp, CpCOSθ 의 관계가 반복적인 형상을 가짐을 알 수 있었다.외부유동 실험1. 실험 목적외부유동 실험은 유체 내에서 물체의 움직임에 대해서 다룬다. 실생활에서 많이 활용되는 외부유동은 실험적인 방법으로 물체 주위의 유동정보를 구하고자 할 때 풍동실험을 수행한다. 물체 주위의 압력과 속도분포를 구하고 항력을 계산한다. 유체의 운동을 나타내는 운동방정식은 매우 복잡하기 때문에, 한정된 경우 외에는 해석적인 해를 구하기 힘들다. 자동차나 항공기가 공기 중을 운동할 때 그 주위의 유동정보를 해석적으로 구할 수 없어 실험적인 방법으로 유동정보를 구한다.3)2. 실험 관련 이론실험을 위해 양력 및 항력계수와 양력계고, 표면 마찰계수가 어떤 관계를 갖는지 알아야한다. 양력은 유체의 운동방향에 수직으로 물체에 작용하는 힘의 성분이다. 상대속도 방향의 수직으로 작용하는 힘이 양력인데, 이런 양력을 구하기 위해서는 양력계수가 필요하다. 양력계수는 실험적으로 얻어지는 값이다. 항력계수는 유체 속을 움직이는 물체가 유체에서 받는 항력을 나타내는 계수로 물체가 유체 속을 일정한 상대 속도를 가지고 운동할 때 물체의 진행 방향에 대해 작용하는 힘을 항력이라 한다. 항력계수는 물체 주위의 흐름 상태에서 정한 무차원수이다.1) 표면 마찰계수는 유체와 물체 표면의 마찰에 의해 생긴 전단력을 작용 면적과 흐름의 기준 속도압의 곱으로 나눈 값이다.2)3. 실험장치 및 방법3.1 실험 장치외부유동 실험장치Fig. 1 외부유동 실험 장치외부유동 장치는 풍동실험장치, 디지털 마노메터 등으로 구성되어 있다.3.2 실험 방법외부유동 실험Fig. 2 외부유동 실험의 진행과정외부유동 실험은 키를 돌린 후 토글 스위치를 켜서 전원을 키고 rpm을 일정하게 맞춘다. 그 후 원기둥 표면에서 속도와 압력을 측정한다. 측정한 속도와 압력을 바탕으로 동압과 정압을 구할 수 있다. 10 ˚간격으로 원기둥의 각도를 변화시키면서 압력과 속도를 측정한 후 측정한 값을 바탕으로 동압과 정압을 구한다. rpm을 300, 600, 900 으로 변화시키면서 반복 실험을 진행한다.4. 실험 결과 및 토의외부유동 실험Table 1 300rpm 외부유동 실험 측정 값θ (degree)속도압력차CpCpcosθ02.5641.01102.443.91.071.05202.273.21.010.95301.932.51.100.95401.862.00.880.67501.481.10.940.606001.2--700-0.9--800-2.1--900-2.4--1000-2.4--1100-1.4--1200-1.6--1300-1.9--1400-1.3--1500-1.7--1600-2.1--1700-2.4--1800-2.7--Table 2 600rpm 외부유동 실험 측정 값θ (degree)속도압력차CpCpcosθ05.118.01.131.13105.016.11.051.03204.8151.060.99303.99.81.050.90402.32.80.860.66500-0.8--600-2.6--700-9.2--800-10.4--900-5.5--1000-7.1--1100-7.2--1200-9.6--1300-8.2--1400-5.3--1500-7.3--1600-8.5--1700-9.6--1800-10.8--Table 3 900rpm 외부유동 실험 측정 값θ (degree)속도압력차CpCpcosθ06.725.10.910.91106.023.51.061.04205.6261.351.26304.3110.970.84403.87.10.800.61501.62.81.781.14603.29.81.560.78700-15--800-10.4--900-10.4--1000-10.8--1100-11.5--1200-15.6--1300-12.5--1400-13.2--1500-11.5--1600-13.4--1700-10.4--1800-16.8--Table 4 외부유동 예상 값θ (degree)CpCpcosθ011100.880.83200.530.50300040-0.65-0.5050-1.35-0.8760-2-170-2.53-0.8780-2.88-0.5090-30100-2.870.50110-2.530.87120-21130-1.350.87140-0.650.50150001600.53-0.501700.88-0.871801-1Fig. 3 θ-Cp 그래프Fig. 4 θ-CpCOSθ 그래프Fig. 5 이론적 θ-Cp, θ-CpCOSθ 그래프외부유동 실험에서는 원통의 각도변환에 의한 측정값들을 이용해 각도 θ와 Cp, CpCOSθ의 관계를 알 수 있다. 실험은 300 rpm, 600 rpm, 900 rpm에서 진행되었으며, 각각의 결과는 Table 1, Table 2, Table 3를 통해서 알 수 있다. 속도와 압력차를 이용해 압력계수 Cp를 구해보면 θ와의 관계를 볼 때 Fig. 3과 같이 선형적으로 반복적임을 알 수 있다. θ와 CpCOSθ의 관계는 Fig. 4와 같이 감소하는 추세를 보이고 있음을 알 수 있다. 이론값과 비교해봤을 때 이론값의 Cp는 Cp=1-4Sin2θ의 식을 이용하여 구했으며, Table 4를 통해 알 수 있다. Table 4를 통해 결과 값을 보면 θ에 따른 Cp와 CpCOSθ는 반복적인 값을 나타냄을 알 수 있으며 증가와 감소를 일정하게 반복함을 알 수 있다.5. 참고문헌1)항력계수(저자불명, 두산백과, 출판년도 불명,http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2321179&cid=42419&categoryId=42419)2)표면마찰계수(저자불명, 지식백과, 출판년도 불명,http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=615646&cid=50313&categoryId=50313

공학/기술| 2020.06.02| 7페이지| 1,000원| 조회(183)

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