결과 레포트실험 9Rotameter의 보정실험 일자 : 2016.11.10담당 교수 : 황인국 교수님학과: 화학공학과학번: 14040049이름: 홍지희실험조: 목요일 2조 E (김서하, 김채운, 이지훈, 문서현)제출일자: 2016.11.17요약면적 유량계의 일종으로서, 하부가 좁고 상부가 넓은 유리관 속에 부표가 장치되어 액체의 유량의 대소에 따라 액체통 속에서 부표가 정지하는 위치가 달라지는 성질을 이용하여 유량을 측정하는 유량계인 로타미터를 이용한 실험이다. 로타미터를 통해 측정하고자 하는 유량과 물을 이용하여 직접 구한 유량의 차이가 어느 정도 나는 지 또한 물탱크를 통해 일정한 압력으로 물을 주입했을 경우와 그렇지 않았을 경우를 비교해 보았다.로터미터의 부표가 10cc/min, 20cc/min, 30cc/min, 40cc/min, 50cc/min 구간에 위치하고 있을 때 관을 통해 나오는 물의 양이 1분동안 어느 정도가 되는지 메스실린더를 이용해 각각 세 번씩 측정하여 평균을 구해 부표가 가리키는 값과 동일한지 확인해보았다. 실험결과 동일하지는 않았으나 유사하게 나왔고 유량과 부표 높이 사이에 거의 선형관계를 가졌음을 알 수 있었다.실험에 두 로터미터를 사용하였는데 하나는 가지달린 삼각플라스크를 연결하여 일정한 압력으로 유체를 주입하였고 하나는 수도꼭지에 바로 연결하여 일정하지 않은 압력으로 유체를 주입하였다. 이론상으로는 일정한 압력으로 유체를 주입했을 경우에 로터미터의 부표가 가리키는 유속과 더 유사하게 나오는 것이 맞다. 하지만 실험결과 10cc/min, 20cc/min의 경우엔 일정한 압력으로 유체가 흐른 로터미터가 좀 더 정확하였으나 그 외의 30cc/min, 40cc/min, 50cc/min의 경우에는 일정하지 않은 압력으로 흐른 로터미터가 부표가 가리키는 유량과 비슷하게 값이 나왔다.추가 실험으로 두 개의 수도꼭지 가운데에 있던 수도꼭지를 틀어 더욱 압력이 일정하지 않게 했을 경우 유량에 어떤 영향을 줄지 확인해보았으나 실험 결과는 틀지 않았을 때와 동일하게 나왔다.부표 상하의 차압에 의하여 부표가 상승한 뒤 차압이 작아져 평형을 이뤄 부표가 정지해야 하는데 흐르는 유체의 압력이 일정하지 않을 경우 평형을 이루는 높이가 불안정하게 되므로 정확한 값이 측정되지 않아야 하지만 결과는 일정한 압력일 경우보다 정확하게 나와서 이론과 일치하지 않았다.목 차1. 서론1p2. 이론2p? 면적식 유량계2p? Rotameter2p3. 실험장치 및 방법4p4. 실험 결과5p5. 실험 결과에 대한 고찰6p6. 결론6p7. 인용문헌7p서론기체 또는 액체의 유량을 측정하는 계기를 유량계라 한다. 유량계에는 크게 나누어 부피 유량계, 질량 유량계 및 차압식 유량계가 있다. 온도, 압력 등이 변동하는 경우에는 질량 유량계가 편리하며, 밀도 변화를 무시할 수 있는 경우에는 차압식 유량계가 구조가 간단하여 매우 일반적으로 사용되고 있다.차압식 유량계는 유로관 안에 트로틀부를 설치하여, 그 전후 또는 축맥부의 일정 압력 변화로부터 유량을 측정하는 트로틀 유량계와 트로틀 기구 전후의 차압이 일정하게 되도록 트로틀 면적을 변화시키며, 이 면적비로부터 유량을 구하는 면적 유량계로 나뉘어진다.실험에 사용한 유량계는 면적식 유량계이다. 면적식은 위쪽으로 올라갈수록 넓어진 수직관 속에 플로트를 넣고, 유체를 아래에서 위로 흘려보내고, 유체류에 밀어올려진 플로트의 전후에 생기는 차압에 의한 부력과 플로트의 무게를 평형시켜 플로트의 위치에서 유량을 아는 것이다. 면적식 유량계는 구조가 매우 간단하기 때문에 공업적인 유량측정에 널리 사용되고 있다.이번 실험에서 면적식 유량계인 Rotermeter를 사용하여 부표가 가리키는 유량과 동일한 유량이 측정이 되는지, 유체에 대한 압력이 유량에 어떠한 영향을 주는지 값을 비교해 보았다.이론면적식 유량계 : 유량의 대소에 따라 관로 내의 단면수축면적을 증감하여 항상 단면수축 전후의 압력차를 일정하게 하여, 그 면적의 대소로 유향을 구하는 방식의 유량계이다.유체가 정상적으로 흐르고, 부표가 정지해 있을 때, 부표에 작용하는 힘은 위쪽으로 Wv=Cdρ0aU2, 밑쪽으로 Wf= Vf(ρf-ρo)g로서, 이 두힘이 균형되어 있다. 여기서 Cd 는 저항계수, ρo는 유체의 밀도, a는 부표의 최대면적, U는 유속, Vf는 부표의 체적, ρf는 부표의 밀도, g는 중력 가속도이다. 유량이 증가하여 유속U 가 증가하면 유체는 부표를 밀어 올린다. 밀어 올린 새 위치에서는 테이퍼관에 의하여 통과면적이 증대되기 때문에 U는 감소하고, 두 힘의 균형된 위치에서 부표는 정지한다. 체적유량은 유속과 통과 면적의 곱으로 표시되므로 부표의 위치로 유량을 구할 수가 있다. 면적식 유량계는 구조가 매우 간단하기 때문에 공업적인 유량측정에 널리 사용되고 있다.Rotameter : 면적 유량계의 일종으로서, 투명한 유리제의 테이퍼 관내에 부표를 띄워서 유체가 밑에서 위로 흐르면 흐름은 부표에 의하여 조여져 상하의 차압에 의하여 부표가 상승한다. 유로 면적은 부표가 상승함에 따라 변화하기 때문에 차압은 차츰 작아지고, 부표의 유효 중량과 평형을 이루는 높이와 유량의 관계를 눈금으로 표시해 두면 부표의 높이에 따라 유량을 알 수 있다. 이론적으로는 부표 및 부표 주위 벽으로의 마찰 손실, 즉 부표 액 안에서의 무게에 상당하는 일정한 차압을 생성하기때문에 유량에 따른 압력 강하의 변화가 작다는 특징이 있다.주어진 유량에서 로터미터 부표의 평형위치는 세 가지 힘의 균형으로 설정된다.①부표 무게(F _{G})②부표에 대한 유체의 부력(F _{B})③부표에 대한 항력(F _{D})힘의 수지식은F _{D} =F _{G} -F _{B} =v _{f} rho _{f} g-v _{f} rho g여기서v _{f} = {m _{f}} over {rho _{f}} 이므로F _{D} =m _{f} g(1- {rho } over {rho _{f}} ) 이다.v _{f} ,`m _{f} ,` rho _{f} 는 각각 부표의 부피, 밀도, 질량,rho 는 유체의 밀도이다.특정 유체에 대하여 작동 중인 로터미터의 경우 항력(F _{D})이 일정하다. 그러므로 유량이 증가하면 항력이 일정하게 유지되도록 부표 위치가 달라져야 한다.선형적으로 점점 좁게 한 관으로서 바닥의 지름이 부표 지름과 거의 같은 경우에는, 흐름면적은 부표 높이 h의 2차함수가 된다. 즉,(D _{t} ^{2} -D _{f} ^{2} )=(D _{f} +ah) ^{2} -D _{f} ^{2} =2D _{f} ah+a ^{2} h ^{2}부표와 관벽 사이의 틈이 작으면a ^{2} h ^{2} 항은 상대적으로 중요하지 않으므로, 흐름은 거의 높이 h의 1차함수가 된다. 따라서, 로터미터는 유량과 부표 높이 사이에 거의 선형관계를 가지게 된다.실험장치 및 방법? 실험장치Rotameter, 호스, 메스실린더, 가지달린 삼각 플라스크, Stop watch? 실험방법① 수도꼭지에 호스를 연결하여 Romatmeter의 아래쪽 입구에 연결하였다. 다른 하나의 Rotameter에는 가지달린 삼각 플라 스크를 거쳐서 연결하였다.② 호스에 있는 공기를 제거하였다.③측정하고자하는 위치(눈금)에 Rotameter의 float(구)를 밸브 를 이용하여 조절하였다.④각 부표의 위치에서 메스실린더를 이용하여 1분간 3차례씩 유량을 측정하였다.실험결과① 가지달린 삼각 플라스크를 연결하지 않은 rotameter횟수cc/min1차(cc/min)2차(cc/min)3차(cc/min)평균(cc/min)10cc/min66.55.5620cc/min15.51516.515.6730cc/min272828.527.8340cc/min38.839.538.538.8350cc/min46.546.546.546.5② 가지달린 삼각 플라스크를 연결한 rotameter횟수cc/min1차(cc/min)2차(cc/min)3차(cc/min)평균(cc/min)10cc/min6.5787.1720cc/min181817.517.8330cc/min222525.524.1740cc/min36393536.6750cc/min444544.544.5※ 추가 실험 (가운데 수도꼭지를 틀어 압력을 더욱 일정하지 않게 하였을 경우)Rotametercc/min① 가지달린 삼각플라스크 연결 (X)② 가지달린 삼각플라스크 연결(O)30cc/min2825실험 결과에 대한 고찰실험결과를 그래프를 그려 나타내 보면 로터미터는 유량과 부표 높이 사이에 거의 선형관계를 가지고 있다는 것을 알 수 있다. 부표가 10cc/min, 20cc/min 위치를 가리키고 있을 때는 가지달린 삼각플라스크를 연결하여 일정 압력으로 물이 흐르는 로타미터가 좀 더 부표가 가리키는 양에 가깝게 나왔으나 그 이후부터는 수도꼭지에 바로 연결한 로타미터가 더 유사하게 나왔다. 압력을 보정하지 않을 경우 다른 곳에서 물을 사용할 때 로터미터에 연결한 수도꼭지에서 나오는 물의 양에 영향을 주어 정확한 값이 나오지 않게되어 3차례 측정 시 각각의 값이 서로 매우 다를 것이라고 보았는데 실험에서는 그렇게 많은 변동이 없이 측정이 되어 알고 있던 이론과는 다른 결과가 나오게 되었다.
